Cer 17 08 by Modiconlv

ISSN 18817-0455

АВТОМАТИЗАЦИЯ • РОБОТИЗАЦИЯ • УПРАВЛЕНИЕ • ОБОРУДОВАНИЕ • ИЗМЕРЕНИЯ • ДИАГНОСТИКА • ПРОГРАММЫ

www.controlengineering.ru № 4 (70)

Открывает мир управления, автоматики и оборудования

август 2017

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 3DПЕЧАТИ ПОДКЛЮЧЕННЫЙ АВТОМОБИЛЬ: ВЫЗОВ ПРИНЯТ

ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ: РЕЦЕПТЫ АВТОМАТИКИ

СЛОВО РЕДАКТОРА I 3

Не знаю, как сейчас, но когда я учился в советской школе, то у учеников и их родителей всегда была четкая иерархия школьных предметов. «Наверху» находились математика, физика, русский язык. Ученики их боялись больше всего, родители если и проверяли домашние задания, то именно по этим предметам, а учителя там были самые строгие. Потом шли предметы менее важные — литература, история, география. И на нижней ступени этой иерархии были физкультура и труд: никаких домашних заданий, родители успехами не интересуются, а учителя — почти друзья. Особое сочувствие вызывали девочки, у которых урок труда, преподаваемый им отдельно, даже назывался как-то несерьезно — домоводство. Естественно, домоводство стояло на самой последней ступени. Для меня такая система ценностей сохранялась до того дня, когда нас, мальчиков, пригласили в кабинет домоводства попробовать еду, приготовленную одноклассницами. Девочек в тот момент не помню, а довольные и смущенные лица моих приятелей, жующих салаты и пирожки, запомнил на всю жизнь. На нас пахнуло чем-то семейным и уютным. Тогда я еще не догадывался, что среди одноклассниц есть моя будущая жена, но к домоводству свое отношение я пересмотрел в корне… Естественно, вкусная и здоровая пища важна не только для отдельной семьи, но и для всего человечества в целом. Особенно в XXI веке,

когда накормить надо более семи миллиардов человек. Без науки и высоких технологий это сделать, конечно, невозможно. Поэтому пищевая промышленность, автоматизации которой посвящены специальные статьи настоящего номера, давно стала высокотехнологичной отраслью. С этим никто не спорит. Но интересно поставить вопрос: а дала ли пищевая отрасль какиелибо изобретения, которые вышли за ее пределы? Совершил ли человек какие-то фундаментальные открытия, пока придумывал и готовил для себя пищу? Начнем с того, что посмотреть, потрогать руками, понюхать и, наконец, попробовать на вкус — это первые методы познания окружающего мира. Органолептический метод исследований (т. е. с использованием органов чувств) долго оставался в арсенале не только средневековых алхимиков, но и настоящих ученых. Причем эти отважные люди часто просто пробовали новые и неизвестные им вещества на вкус, о чем сегодня напоминают названия некоторых химических соединений. Самый яркий пример — это кислоты. С пищевыми кислотами (уксусной, винной, молочной) человек познакомился еще в глубокой древности. А в конце XVIII в. французский химик Антуан Лавуазье предложил назвать открытый незадолго до этого газ неологизмом «оксиген» (что переводится с греческого как «порождающий кислоту»), поскольку ошибочно полагал, что этот химический элемент обязательно входит в состав кислот. М.В. Ломоносов, давший перевод многим иностранным терминам, окрестил этот газ «кислородом». И теперь мы дышим газом, в названии которого отражены ошибочные вкусовые ощущения. Другое химическое соединение со «съедобным» названием — это глюкоза (образовано от греческого слова «сладкий»). Похоже, при открытии его тоже пробовали на вкус. Однако влияние пищевой индустрии выходит далеко за рамки чисто научных вопросов. Известны случаи, когда состав или обычаи застолья

оказывали прямое влияние на ход исторических событий. Ярчайший тому пример — вилка Марины Мнишек. 9 мая 1606 г. самозванец, вошедший в российскую историю под именем Лжедмитрия I, праздновал свадьбу с полькой Мариной Мнишек. Представители московского боярства и духовенства были удивлены и напуганы, когда на свадебном пиру в Кремле увидели в руках венценосной четы «дьявольские рогатины» — до этого вилками на Руси не пользовались. Как считают некоторые историки, именно вилка стала последним поводом для свержения Лжедмитрия I. Но известны и прямо противоположные случаи — когда политические и экономические события приводили к великим кулинарным открытиям. Например, после окончания Столетней войны французские правители ввели на отвоеванных территориях высокий налог на экспорт вина, который исчислялся исходя из объема поставок. Продавать вино стало невыгодно, и предприимчивые виноделы начали перегонять вино в винный спирт, изобретя «бренди» (от голл. «жженое вино»): при том же объеме градус значительно выше. А потом вмешалась политика. Англичане ввели против Франции торговые санкции, и дубовые бочки с бренди из города Коньяк на несколько лет застряли в портах. Так, в силу случайного совпадения экономических и политических обстоятельств, был изобретен коньяк. Какой вывод можно сделать из всего сказанного? Очень простой: питайтесь правильно, не ешьте много сладкого, держите вилку в левой руке, не злоупотребляйте алкоголем и будьте здоровы! И не сомневайтесь в том, что повсеместная автоматизация пищевой промышленности сможет прокормить семь миллиардов жителей земного шара.

Главный редактор Владимир Никифоров

СОДЕРЖАНИЕ № 4 (70) '2017 Главный редактор Владимир Никифоров | vladimir.nikiforov@fsmedia.ru Выпускающий редактор Алина Жилина alina.zhilina@fsmedia.ru Новостной редактор Наталья Новикова Технические консультанты Алексей Платунов Сергей Колюбин Игорь Гуров Александр Микеров

РЫНОК 14 SCHNEIDER ELECTRIC: ИННОВАЦИИ НА КАЖДОМ УРОВНЕ

Отдел рекламы Ольга Зайцева | olga.zaytseva@fsmedia.ru Татьяна Ильиных | tatyana.ilinyh@fsmedia.ru Ирина Миленина | irina@fsmedia.ru

Верстка Дмитрий Никаноров

Директор Екатерина Косарева | Ekaterina.Kosareva@fsmedia.ru Заместитель директора Павел Правосудов | pavel@fsmedia.ru Санкт-Петербург 190121, Санкт-Петербург, Садовая ул., 122 Тел.|факс +7 (812) 438-1538

ТЕНДЕНЦИИ РОССИЙСКОГО РЫНКА ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ И ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ ШКАФОВ Основными трендами на российском рынке монтажных конструктивов сейчас являются зависимость от требований ЦОД, необходимость постоянной модернизации конструкции шкафов, растущая популярность модульных инфраструктурных решений, локализация производств зарубежными компаниями, а также повышение активности российских компаний низкого ценового сегмента.

Дизайн Игорь Домрачев

Отдел подписки Наталья Виноградова | podpiska@fsmedia.ru

НОВОСТИ

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПИЩЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА 22 ТЕХНОЛОГИИ МАШИННОГО ЗРЕНИЯ COGNEX ДЛЯ ПИЩЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА

Москва 105120, Москва, Нижняя Сыромятническая, д. 10, стр. 4, оф. 218 Тел.|факс: +7 (495) 987-3720

БОЛЬШОЙ ДОХОД ДЛЯ МАЛЕНЬКОЙ ФАБРИКИ: РЕАЛИЗАЦИЯ ЕДИНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ НА ПРОИЗВОДСТВЕ ПЕЧЕНЬЯ

www.controlengrussia.com www.controleng.ru Издатель OOO «Электроникс Паблишинг» 197101, Санкт-Петербург, Петроградская набережная, д. 34, лит. Б Тел.|факс +7 (812) 438-1538 Журнал «Control Engineering Россия» зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи и массовых коммуникаций. Свидетельство от 24.05.2013 г. ПИ №СС 77-54248

В статье представлены преимущества, которые может дать небольшим производственным компаниям технология Единого Предприятия (Connected Enterprise, буквально — «подключенного предприятия»), объединив их посредством информационной сети в одно целое.

Учредитель OOO «Электроникс Паблишинг» Журнал печатается по лицензии издательства CFT Media. Control Engineering Россия является торговой маркой CFE Media LLC. Все права защищены. Подписано в печать 17.08.17 Тираж 7000 экз. Свободная цена Отпечатано в типографии «Принт24» 194044, Санкт-Петербург, Пироговская наб., дом 17 литера А, корпус 6 Редакция не несет ответственности за информацию, приведенную в рекламных материалах. Полное или частичное воспроизведение материалов допускается с разрешения ООО «Электроникс Паблишинг».

АВТОМАТИЗАЦИЯ АВТОКЛАВНОГО КОМПЛЕКСА КОНСЕРВНОГО ЗАВОДА

АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА 34 КАК ВЫБРАТЬ НАИЛУЧШИЙ КОНТРОЛЛЕР ДЛЯ ПРИЛОЖЕНИЯ

СОДЕРЖАНИЕ № 4 (70) '2017

СЕРИЯ DRB: DINРЕЕЧНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

РЕШЕНИЯ DARVEEN ДЛЯ РОССИЙСКИХ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ

БЕСПРОВОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 45 ОРГАНИЗАЦИЯ WIFI В ОБЪЕКТАХ ГОРОДСКОЙ И ПРИГОРОДНОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ ЦИФРОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО И АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 48 СКАЗ О ТОМ, КАК ИГРУШЕЧНАЯ ЛЯГУШКА ПОМОГЛА СОВЕРШИТЬ ПРЫЖОК В СФЕРУ ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ. ЧАСТЬ 1. НЕПРОСТОЕ НАЧАЛО

ТЕХНОЛОГИИ DMT ДЛЯ 3DПЕЧАТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ. ЧАСТЬ 1

Chief editor Vladimir Nikiforov | vladimir.nikiforov@fsmedia.ru Publishing editor Alina Zhilina alina.zhilina@fsmedia.ru News editor Natalia Novikova | natalia.novikova@fsmedia.ru Technical consultors Aleksey Platunov Sergey Kolyubin Igor Gurov Alexander Mikerov Advertising Department Olga Zaytseva | olga.zaytseva@fsmedia.ru Tatyana Ilinykh | tatyana.ilinyh@fsmedia.ru Irina Milenina | irina@fsmedia.ru Design Igor Domrachev Page-proofs Dmitry Nikanorov Subscription Department Natalia Vinogradova | podpiska@fsmedia.ru CEO Ekaterina Kosareva | ekaterina.kosareva@fsmedia.ru Deputy Director Pavel Pravosudov | pavel@fsmedia.ru Saint Petersburg 190121, St. Petersburg, Sadovaya str., b.122 t/f: +7 (812) 438-1538

3DПЕЧАТЬ ПО НОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ MOVINGLIGHT Благодаря созданию новых материалов даже давно известные технологии 3D-печати, такие как стереолитография (SLA) или наплавка пластиковой нити (FDM), могут обрести второе дыхание и открыть больше возможностей для применения.

ИТОГИ КОНФЕРЕНЦИИ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ 4.0

BOSCH REXROTH: ОТ ЖЕЛЕЗНОГО МОЛОТА ДО АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ЛИНИИ

ЭВОЛЮЦИЯ И РЕВОЛЮЦИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ

АСУ РОССИЙСКИМ ПРОМЫШЛЕННЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ НА БАЗЕ РЕШЕНИЙ SCHNEIDER ELECTRIC

Moscow 105120, Moscow, Nizhnaya Siromyatnicheskaya str., 10, b.4, of. 218 t/f: +7 (495) 987-3720 www.controlengineering.ru www.controleng.ru Publisher LLC Electronics Publishing 197101, St. Petersburg, Petrogradskaya nab., b.34B t/f: +7 (812) 438-1538 Control Engineering Russia Magazine is registrated by Federal Service on Surveillance in the Sphere of communication media. License # СС 77-54248 from 24.05.2013 Full or part rewriting is allowed aﬅer LLC Electronics Publishing permission. Journal is published by license from CFT Media. Control Engineering Russia is a trademark of CFE Media LLC. All rights reserved

СОДЕРЖАНИЕ РОБОТОТЕХНИКА 72 ГЛАЗА БОЯТСЯ  РОБОТЫ ДЕЛАЮТ. ЧАСТЬ 1. ВОЗМОЖНОСТИ КОЛЛАБОРАЦИИ

ОТРАСЛЕВЫЕ РЕШЕНИЯ 76 ТОЧНОЕ ЗЕМЛЕДЕЛИЕ ВМЕСТЕ С MC ELETTRONICA

MICROGRID  ОТВЕТ НА НОВЫЕ ВЫЗОВЫ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ

РОЛЬ НАДЕЖНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ В АВТОМОБИЛЕ БУДУЩЕГО

САУ ЭНТРОМАТИК НА БАЗЕ КОНТРОЛЛЕРОВ UNITRONICS ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ КОТЕЛЬНЫМИ

ПЕРСПЕКТИВА 91 ПОДКЛЮЧЕННЫЙ АВТОМОБИЛЬ БРОСАЕТ НОВЫЕ ВЫЗОВЫ ИННОВАЦИИ 94 ПЯТЬ ПОЛЕЗНЫХ ИННОВАЦИЙ АВТОМОБИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ И ПРОЕКТЫ 96 МОДЕРНИЗАЦИЯ МАГНИТОГОРСКОГО МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КОМБИНАТА РЕТРОСПЕКТИВА 100 70 ЛЕТ КАФЕДРЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ СПБГЭТУ ЛЭТИ

8 I НОВОСТИ

НОВЫЙ MICROSCAN3 CORE ОТ SICK С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ПРЯМОЙ ИНТЕГРАЦИИ В ПРОМЫШЛЕННУЮ СЕТЬ ETHERNET/IP CIP SAFETY

Компания SICK выпустила новый датчик microScan3 Core. В серию microScan3 Core входят лазерные сканеры безопасности нового поколения, предназначенные для выполнения таких функций, как защита доступа, защита опасных зон и опасных точек. Они оснащены инновационной технологией сканирования safeHDDM, которая обеспечивает надежность работы устройства в условиях сильной запыленности и внешней засветки, а также позволяет совместить компактный дизайн и большой диапазон сканирования в одном устройстве. Компактный и прочный металлический корпус microScan3 разработан для применения датчика в тяжелых условиях эксплуатации. Интеллектуальные коммутационные технологии позволяют осуществлять безопасную интеграцию сканера в промышленную сеть и снижают расходы на кабельные соединения. С помощью программного обеспечения Safety Designer датчик microScan3 можно быстро настроить и подготовить к эксплуатации. Рабочее состояние датчика можно определить при помощи яркого цветного дисплея и интуитивно понятного меню. Характеристики сканера microScan3 Core: • до 8 программируемых полей любой формы; • до 8 обрабатываемых случаев с разными сочетаниями полей; • до 4 одновременно и независимо работающих защитных полей; • диапазон защитного поля — 5,5 м; • угол сканирования — 275°; • системный разъем с памятью конфигурации и коммутационными разъемами M12; • интуитивная настройка с помощью ПО Safety Designer; • безопасный обмен данными CIP Safety по промышленной сети EtherNet/IP. www.sick.com/ru

РАСШИРЕНИЕ ЛИНЕЙКИ СЕТЕВЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОУТЕРОВ TELTONIKA

Популярная компания Teltonika представила несколько новых сетевых сотовых роутеров для промышленных применений. Потребителям уже известны роутеры RUT950 и RUT955, оснащенные Wi-Fi с авторизацией пользователей, GPS-модулем (RUT955), передачей данных по 4G/3G. Помимо этих моделей, Teltonika представляет автомобильный роутер RUT850, действующий в стандартах Wi-Fi IEEE802.11n и IEEE802.11b/g. Роутер поддерживает режимы Wi-Fi AP (хотспот) и STA, антенна Wi-Fi является внутренней. У RUT850 корпус и интерфейсы выполнены таким образом, чтобы максимально сэкономить место и избежать выступающих частей. На транспорте в условиях вибрации и нехватки пространства эргономичность корпуса становится значительным преимуществом. RUT850 может быть применен как в легковом транспорте, автобусах, грузовиках, так и в тяжелом транспорте, который использует питание 24 В. Это возможно благодаря широкому диапазону входного напряжения (7–30 В постоянного тока) и защите от скачков напряжения, а потому нет необходимости в дополнительной защите от перенапряжения. Разъем питания имеет возможность подключить контакт зажигания на цифровой вход, с помощью чего контролируется статус спящего режима маршрутизатора. Примечательна для пользователей и серия роутеров RUT2: • RUT230 — 3G-роутер; • RUT240 — 4G-роутер. Это промышленные роутеры, выполненные в прочном алюминиевом корпусе, который спроектирован так, что пригоден даже для самых ограниченных в пространстве применений. Кроме того, возможность двусторонней установки DIN-рейки упрощает монтаж устройства. Роутеры оснащены выдвижным держателем для SIM-карты и интегрированы с системой удаленного управления Teltonika, что дает значительные преимущества и удобство при эксплуатации приборов. RUT230 рекомендован к применению в следующих областях: • автоматизация торговли; • бесшовные системы оплаты; • решения для «умного» города. RUT240 рекомендован к использованию в таких сферах, как: • цифровые экраны и табло; • видеонаблюдение; • решения для «умной» энергетики. www.euromobile.ru #4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

НОВОСТИ I 9

VIII МЕЖОТРАСЛЕВАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА 2017

28 ноября 2017 года в ГК «Измайлово» (Москва) состоится VIII Межотраслевая конференция «Автоматизация производства 2017», посвященная демонстрации современных информационных технологий, новейших контрольноизмерительных приборов и систем для автоматизации промышленных предприятий России. Организатор конференции — ООО «ИНТЕХЭКО». Основные темы докладов конференции: • Актуальные задачи автоматизации в промышленности. • Современные информационные технологии для повышения уровня эффективности, экономичности и безопасности предприятий. • Информационно-управляющие системы промышленной автоматизации (АСУТП, АСКУЭ, ERP, CRM, MES-системы, АСОДУ, SCADA и смежные направления). • Автоматизация электроснабжения промышленных предприятий. Системы энергоменеджмента. • Практический опыт внедрения информационных систем на предприятиях различных отраслей. • Теория и практика управления информационной безопасностью промышленных предприятий. • Современные решения в области контрольно-измерительной техники. • Новейшие типы газоанализаторов, расходомеров, спектрометров, средств мониторинга, контроля и учета, различные типы датчиков. • Системы управления нормативно-справочной информацией. • Автоматизация проектирования, измерений и испытаний. В работе конференции ежегодно принимают участие более 100 делегатов от ведущих промышленных предприятий России и стран СНГ, представители инжиниринговых компаний, разработчиков систем автоматизации и приборов КИП. К участию в работе конференции «Автоматизация производства 2017» приглашаются: • Руководители промышленных предприятий, главные инженеры, технические директора, руководители IT-вертикали, ответственные за автоматизацию, начальники отделов АСУ, АСУТП, ИТ, САПР, ВЦ, контроллинга, качества, метрологии и КИП электростанций, нефтедобывающих и газодобывающих компаний, нефтеперерабатывающих и газоперерабатывающих заводов, предприятий оборонно-промышленного комплекса, горнорудных, химических и нефтехимических предприятий, цементных, металлургических и машиностроительных заводов. • Руководители, главные и ведущие специалисты отделов АСУТП и КИП инжиниринговых компаний, научных и проектных институтов. • Эксперты российских и зарубежных компаний в области АСУ, АСУТП, АСКУЭ, САПР, ERP-, MES-систем, информационного, программного, интеграционного, телекоммуникационного и компьютерного обеспечения промышленных предприятий. • Руководители и ведущие специалисты компаний, производящих современную контрольно-измерительную технику и системы (газоанализаторов, расходомеров, спектрометров, новейших средств мониторинга, контроля и учета, различных типов датчиков и т. п.). В рамках мероприятия также проводится небольшая выставка, на которой делегаты могут поближе познакомиться с приборами, системами и технологиями автоматизации. Условия участия, бланки заявок, программы, фотографии и сборники докладов предыдущих конференций доступны на сайте: www.intecheco.ru/asutp/ CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

X КОНФЕРЕНЦИЯ EMBEDDEDDAY 2017: ВСТРАИВАЕМЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ИНТЕРНЕТ ВЕЩЕЙ После нескольких лет существования понятия «Интернет вещей» в России становится ясно, что развитие идет несколько иначе, чем на Западе и в США, есть свои особенности и специфика. За прошедшее время были успехи и неудачи, стало понятнее, как мировые тренды «приземляются» в России, какие бизнес-модели лучше работают, а какие пока остаются только красивыми словами, какие факторы влияют на развитие высокотехнологичного бизнеса в России, какие отрасли активно внедряют IoT, а какие еще не планируют делать это. Об этом и пойдет речь на X конференции EDAY 2017 «Встраиваемые технологии и «Интернет вещей». • Время проведения: 10 октября 2017 года. • Место проведения: Москва, «ИнфоПространство», 1-й Зачатьевский пер., д. 4. Организатором мероприятия выступает компания «Кварта Технологии». Своим видением и опытом поделятся российские и зарубежные эксперты и участники рынка. К работе приглашены ведущие вендоры, предлагающие свои решения для построения «Интернета вещей». В программе конференции: • Спикеры из ведущих российских и международных компаний. • Анализ российского рынка. • Обзоры законодательных инициатив. • Российские и зарубежные истории успеха. • Обзор типовых архитектур «Интернета вещей». • Вопросы защиты, управления, мониторинга Embedded-устройств. • Технологии связи, стандарты, протоколы передачи данных. • Датчики, сенсоры и прочие аппаратные решения для IoT. • Обзор новейших платформ Microsoft IoT и секреты «тонкой» настройки. • Презентации и выставка новейших технологий и инструментов. • Интерактивная выставка российских производителей интеллектуальных решений. • Специальные предложения от партнеров. К участию приглашаются технические руководители, инженеры и разработчики предприятий — производителей электронного оборудования (OEM), системные интеграторы, ЦТО, производители программных решений, ИТ-специалисты предприятий розничной торговли, безопасности, финансового сектора, транспорта, медицины, сферы производства, HoReCA, Digital Signage. Участие бесплатное при подтвержденной регистрации. Узнать подробнее о мероприятии и пройти регистрацию можно на сайте: http://embeddedday.ru/.

10 I НОВОСТИ

IV ВЫСТАВКАКОНФЕРЕНЦИЯ ИНТЕРНЕТ ВЕЩЕЙ

Выставка-конференция «Интернет вещей» состоится в Москве на территории КВЦ «Сокольники», павильон 7а. В этом году она изменит свой формат: вместо традиционного одного дня мероприятие продлится два — с 31 октября по 1 ноября. Сегодня на рынке появляются самые разные IoTтехнологии — от «умных» домашних кофеварок до масштабных автоматических производственных систем. В таких условиях игрокам индустрии «Интернета вещей» важно понять, куда лучше направить свои силы, в каком сегменте рынка развиваться и во что вложить средства. Ответы на эти и другие вопросы прозвучат на четвертой международной выставке-конференции «Интернет вещей». Ежегодно она собирает инженеров, разработчиков, предпринимателей, инвесторов для обмена опытом и обсуждения актуальных проблем IoT-индустрии. На прошлогоднем мероприятии с докладами выступали специалисты из Google, Cisco, Huawei, Tibbo, Rightech и других зарубежных и отечественных компаний. В этом году событие будет еще масштабнее. Программа Основа ивента — это конференция. Она разделена на два тематических блока. Первый посвящен обсуждению современного «железа» и аппаратного обеспечения. Спикеры проанализируют достоинства и недостатки существующих технических решений, объяснят, как и для чего их лучше использовать. Доклады на данную тему прозвучат 31 октября. 1 ноября состоятся доклады из второго тематического блока, нацеленного на обзор современных разработок сегмента Industrial IoT и LifeStyle IoT. Будут рассмотрены интересные кейсы внедрения технологий «умный автомобиль», «умный город», «умные фабрики» и т. д. Список обсуждаемых тем постоянно пополняется, обновления доступны на официальном сайте выставки-конференции «Интернет вещей». Также в программе: • Выставка пройдет параллельно с конференцией. Более 30 компаний представят свои IoT-разработки, посетители увидят образцы самых разных «умных» технологий, а также получат возможность испытать их в действии. • Воркшопы. Зарубежные эксперты проведут мастерклассы по актуальным темам «Интернета вещей», а также организуют увлекательные эксперименты на базе передвижной IoT-лаборатории. • Битва стартапов. Соревнование между молодыми разработчиками, которое открывает перспективные возможности заявить о себе. Выставка-конференция «Интернет вещей» — это масштабная платформа для общения, поиска новых партнеров, клиентов, инвесторов. Сайт мероприятия: https://iotconf.ru/

ОБНОВЛЕННАЯ ПРОДУКТОВАЯ ЛИНЕЙКА IoTШЛЮЗОВ TECHBASE

Компания TechBase представляет обновленную продуктовую линейку промышленных компьютеров (IoT-шлюзов), ModBus-шлюзов и конвертеров. Устройства, предназначенные для промышленной автоматизации, теперь выполняются на более мощном современном процессоре: ARM11 700 МГц/ Cortex-A53 4×1,2 ГГц. А промышленный компьютер NPE X500 доступен в двух версиях процессора: ARM11 700 МГц, 512 Мбайт Ram или Quad-core Cortex A53 1,2 ГГц, 1024 Мбайт Ram. IoT-шлюзы TechBase предназначены для легкой интеграции сети M-Bus, Modbus RTU и TCP/MQTT/SNMP. Устройства Modbus RTU типа slave могут служить дополнением к существующей сети Modbus TCP, а Modbus TCP slaves используются в сети RTU. IoT-шлюзы также поддерживают соединение ZigBee. Промышленные компьютеры TechBase работают на базе ОС Linux и имеют модульную архитектуру, благодаря чему заказчик может сам сформировать собственный промышленный компьютер в необходимом наборе модулей расширения: 3G/LTE, GPS, LTE Advanced, Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee, LoRa. Типовые сферы применения: • Мониторинг и контроль в промышленных системах автоматизации. • Телеметрия. Использование функции дистанционного считывания данных особенно важно в различных отраслях, таких как энергетика, газовая промышленность, водоснабжение и канализация, где внедрение новых методов считывания параметров обеспечивает оптимизацию всего процесса распределения и способов работы. • Интеллектуальная энергетическая сеть (SMART GRID), основанная на информационной и телекоммуникационной технологии сбора данных и процесса управления. Использование данного решения обеспечивает легкую двухстороннюю связь между получателями энергии. • Интеллектуальный учет — применение интеллектуальных счетчиков в различных типах сетей (например, электричество, газ, вода, тепло и канализация). Интеллектуальные счетчики обеспечивают двухстороннюю дистанционную передачу данных: от поставщика энергии до прибора измерения и от прибора измерения к поставщику. • Регистрация данных. Промышленные компьютеры NPE могут эксплуатироваться как многофункциональные регистраторы данных благодаря большому количеству входов/выходов и поддержке многих проводных и беспроводных стандартов связи. Заводы компании TechBase находятся в Польше, поэтому все оборудование отличается высоким качеством и располагает всеми необходимыми сертификатами. www.euromobile.ru #4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

НОВОСТИ I 11

КОМПАНИЯ ДАНФОСС ПРЕДСТАВИЛА В РОССИИ ИННОВАЦИИ ДЛЯ СИСТЕМ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Летом 2017 года компания «Данфосс» начала поставку на российский рынок водяных насосов, электромагнитных, обратных и регулирующих клапанов высокого давления, а также насосных станций на базе этих компонентов. Разработанная и запатентованная инновационная аксиально-поршневая технология позволяет создавать давление воды до 160 бар, недостижимое с помощью обычных центробежных насосов. Оно необходимо, например, в системах туманного пожаротушения, промышленного опреснения и очистки воды по технологии обратного осмоса, адиабатического охлаждения, поддержания влажности в теплицах и пылеудаления на деревообрабатывающих производствах, в жилых и офисных зданиях и других сооружениях. Ключевым продуктом линейки являются насосы высокого давления трех типов: APP для морской воды, PAH для водопроводной воды и PAHT для воды высокой очистки. Разработанная Danfoss аксиально-поршневая конструкция — новое решение в данной области. По сравнению с традиционными плунжерными такие насосы более легкие и компактные, экономичные (имеют КПД до 92%), позволяют работать со скоростью свыше 1800 об/мин и могут напрямую сопрягаться с электрическими или дизельными двигателями, практически не производят вибраций и не нуждаются в демпфировании. Смазка деталей компонентов высокого давления выполняется прокачиваемой водой. Это упраздняет замену масла, снижает стоимость обслуживания и владения оборудованием, повышает его надежность и полностью исключает риск попадания масла в воду. Насосы можно монтировать как горизонтально, так и вертикально, а благодаря отсутствию вибраций их не обязательно жестко закреплять и специально подготавливать поверхность перед установкой. www.danfoss.ru

НЕДОРОГИЕ AC/DCКОНВЕРТЕРЫ МОЩНОСТЬЮ 3 И 4 ВТ ДЛЯ СИСТЕМ УМНОГО ДОМА И IoT ОТ RECOM Современные системы «умного дома» и IoT включают большое число узлов с малым потреблением, приводов и датчиков для сбора и интеллектуального анализа информации. Для эффективного энергообеспечения компания RECOM расширила серию маломощных преобразователей RAC новыми 3- и 4-Вт моделями, сертифицированными по стандарту EN60335 для жилых помещений. Новое бюджетное дополнение к семейству RAC — это выгодное уникальное предложение на рынке. Новые серии компании RECOM RAC03-G и RAC04-G специально разработаны для эффективного и бесперебойного энергоснабжения систем автоматизации зданий. Высокий КПД и малое потребление без нагрузки в 75 мВт делает их выгодным энергосберегающим решением. Стандартные выходы напряжения 3,3; 5; 12; 15 и 24 В DC оптимальны для питания реле, шлюзов и узлов. Универсальный входной диапазон 85–305 В AC облегчает использование по всему миру. Модули функционируют в температурных пределах –40...+85 °C, защищены от перегрузки по току и короткого замыкания. Конвертеры сертифицированы по стандарту EN55022 класс A (RAC-GA) или класс B (RAC-GB) без необходимости использования дополнительных компонентов. Серия RACxx-GA сертифицирована по стандарту EN60335 для жилых помещений. Все модули имеют сертификаты в соответствии с EN60950 и EN62368. Гарантия — 3 года. www.recom-power.com

• • • • •

Реклама CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

12 I НОВОСТИ

ИТОГИ МЕЖДУНАРОДНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ И ВЫСТАВКИ РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА ЭНЕРГОСИСТЕМ 2017

С 25 по 28 апреля в Санкт-Петербурге прошла Международная конференция и выставка «Релейная защита и автоматика энергосистем 2017». В ней приняли участие более 280 специалистов из 24 стран, а в выставочной экспозиции свои стенды представили свыше 60 ведущих производителей и поставщиков оборудования и решений в сфере РЗА. Экспозицию мероприятия составили как российские разработчики устройств релейной защиты, автоматики и программного обеспечения, так и иностранные компании. Впервые за всю историю проведения в выставке приняли участие компании из США и КНР. Генеральными партнерами конференции стали ведущие компании КНР: ChangYuan Group Ltd (CYG), Hengtong Submarine Power Cable Company Ltd (Hengtong Group), Pinggao Group Co., Ltd (PG). Представитель с российской стороны — компания «Рубеж-РемСтрой». Главными темами конференции стали современные тенденции и концептуальные вопросы развития систем РЗА, влияние устройств FACTS и HVDC на функциональность систем РЗА сетей переменного тока, вопросы развития систем РЗА в сетях с распределенной генерацией, а также задачи и технологии моделирования РЗА. Участ-

ники мероприятия обсудили направления развития систем противоаварийного и режимного управления, практику применения и вопросы разработки глобальных распределенных систем мониторинга, защиты и управления (WAMPACS), экспертные системы анализа аварийных ситуаций, вопросы развития программных комплексов расчетов и выбора параметров настройки устройств РЗА. В рамках конференции состоялись заседания семи тематических секций и семинар исследовательского комитета B5 CIGRE. Также программа мероприятия предусматривала проведение ряда круглых столов. 26 апреля российские эксперты рассмотрели вопросы, запланированные для обсуждения на коллоквиуме комитета В5 CIGRE, который пройдет в Новой Зеландии в сентябре. Темой круглого стола 27 апреля стали национальные проекты «Развитие и внедрение системы автоматизированной защиты и управления электрической подстанцией нового поколения (АСЗУ iSAS)» и «Разработка и внедрение цифровых электрических подстанций и станций на вновь строящихся и реконструируемых объектах энергетики» (по поводу проекта «Цифровая подстанция»). Круглый стол, прошедший 28 апреля, был посвящен проблемам кибербезопасности в энергосистемах. Кроме того, в последний день мероприятия в зоне выставочной экспозиции состоялась традиционная постер-сессия, где российские и зарубежные специалисты представили доклады, не вошедшие в основную программу конференции.

http://rza-expo.ru/ru/ #4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

14 I НАЗВАНИЕ РУБРИКИ

SCHNEIDER ELECTRIC: ИННОВАЦИИ НА КАЖДОМ УРОВНЕ

В середине июня в Белграде (Сербия) состоялся форум OEM & MI-партнеров Schneider Electric. Традиционная ежегодная встреча ОЕМ-производителей и представителей компании дает возможность не только быть в курсе современных трендов на рынке промышленной автоматизации, но и установить профессиональные контакты, а также поделиться опытом. Журналисты Control Engineering Россия уже третий год участвуют в этом мероприятии. В этом году о развитии компании мы побеседовали с Игорем Амоскиным, вице-президентом подразделения «Промышленность», и Николаем Косачевым, руководителем департамента по развитию бизнеса OEM подразделения «Промышленность».

ИГОРЬ АМОСКИН, вице-президент подразделения «Промышленность» Schneider Electric

НИКОЛАЙ КОСАЧЕВ, руководитель департамента по развитию бизнеса OEM подразделения «Промышленность» Schneider Electric

Что изменилось за год, прошедший с предыдущего форума? Какие новые предложения, идеи вы представляете в этом году? Игорь Амоскин (И. А.): Приятно отметить, что направление OEMбизнеса Schneider Electric демонстрирует положительную динамику каждый год. Мы наблюдаем растущий интерес со стороны как существующих, так и потенциальных партнеров, поэтому данный сегмент стал одним из приоритетных и стратегически важных для развития. Ежегодно мероприятие привлекает все больше и больше новых участников, и это не может не радовать. Мы стремимся своевременно отвечать на запросы рынка и даже играть на опережение, предугадывая требования наших партнеров и заказчиков. Именно поэтому мы все чаще реализуем эффективные и инновационные комплексные решения, а не отдельные компоненты. Николай Косачев (Н. К.): Год назад мы говорили о том, что регион СНГ, а в частности Украина, Казахстан и Белоруссия, — это страны с большим потенциалом развития для Schneider Electric. В этом году форум стал отличной возможностью поделиться результатами работы и планами на будущее с партнерами из этих стран, которые в нашем мероприятии участвуют впервые. Расширение географии присутствия остается для нас приоритетной задачей. Расскажите подробнее о Schneider Electric в СНГ. Как идет развитие бизнеса в этих странах?

Н. К.: Стартовали мы во всех странах одинаково. Однако в процессе работы определяющим стал человеческий фактор: во многом работа зависела от того, найдем ли мы людей, которые проникнутся нашим подходом и принципами работы. Там, где такие люди есть, успехи очевидны и последовательны. Первой страной, показавшей активный рост, стал Казахстан. Именно там мы начали вести самостоятельную коммерческую деятельность. И результаты подразделения «Промышленная автоматизация» в целом очень схожи с ОЕМ-направлением: примерно одинаковые темпы роста, та же модель работы с партнерами. И. А.: Стоит также отметить значительные успехи в Белоруссии. Н. К.: Согласен. С Белоруссией мы начали развивать отношения немного раньше, но работа с партнерами изначально строилась не по классической схеме: не было прямых продаж, коммерческой организации, только представительство. Следующей страной стала Украина. Пока темпы роста там не такие высокие, как в Казахстане, но потенциал огромный. И. А.: Schneider Electric — междун а р о д н а я ко м п а н и я , п о э т о м у мы готовы адаптироваться к любому рынку. Однако есть нюансы, которые этого сделать не позволяют. К примеру, в некоторых странах нашего периметра рынок может быть закрыт для сотрудничества, так как нет официальной конвертации локальной валюты и любые международные сделки могут признать незаконными.

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

РЫНОК I 15

На форуме много говорили о концепции EcoStruxure. Расскажите, пожалуйста, о ней более подробно. Н. К.: Компания Schneider Electric последовательно шла к результатам, которые сегодня демонстрирует, разными путями: мы как занимались собственными разработками, так и расширяли свои компетенции при покупке других игроков. В итоге сформировался широкий спектр продуктов, решений и сервисов Schneider Electric, которые объединились в концепцию EcoStruxure. Она подразумевает комплексное применение нашей экспертизы к разным маштабируемым системам управления, интеграцию решений, разработанных Schneider Electric, и внедрение подключенных технологий, отвечающих стандартам IIoT. Все — от аппаратных средств до уровня целого города — работает в единой системе. Это концепция комплексного подхода, где все элементы предоставляет один поставщик. Для внедрения данной концепции мы локализуем не только востребованное рынком оборудование, но и знания и компетенции, накопленные за долгие годы работы компании во всем мире. И. А.: С т о и т до б а в и т ь , ч т о EcoStruxure — это ответ на нужды заказчика. Это комплексный подход, который состоит из разных «куби-

ков». И в зависимости от потребностей определенного заказчика в конкретном сегменте рынка эти «кубики» можно сложить по-разному. Основа данной концепции — наши цифровые технологии, «подключенность» продуктов и решений Schneider Electric. Мы создаем инновационные цифровые решения для наших заказчиков, чтобы их производство было максимально эффективным, адаптированным к эпохе цифровизации и позволяло заказчику экономить средства на обслуживании, поддержке и последующей эксплуатации и модернизации всего производства. Н. К.: Мы давно не позиционируем себя только как поставщика оборудования. Schneider Electric предлагает нечто большее: это и софт, и техническая поддержка, и внедрение цифровых технологий — единое комплексное предложение, которое помогает решить задачи конечного заказчика максимально эффективно. Насколько эта концепция востребована? И. А.: Естественно, существуют заказчики, которые настороженно относятся к любым нововведениям и не спешат внедрять современные системы. Но при этом партнеров, которые обращаются к Schneider Electric за эффективными продук-

тами и решениями, все больше: они интересуются мировыми технологическими тенденциями, хотят повысить эффективность бизнеса и готовы в это инвестировать. Похожий пример — смартфоны: кто-то до сих пор относится к ним скептически, считая, что кнопочные телефоны удобнее. Но насколько эффективной будет коммуникация этого человека с внешним миром? Конечно, с базовым набором технологий работать можно. Но мы предлагаем перейти на следующий этап и повысить эффективность, безопасность и качество работы. Все это в итоге приводит к улучшению финансовой отдачи от инвестиций. На форуме говорили о запуске нескольких новых продуктов Schneider Electric, которым будет посвящена отдельная статья в следующем номере Control Engineering. Опережая эту публикацию, скажите, какие из новинок для вас наиболее значимы? Н. К.: Хороший пример — Modicon M172 Optimized, контроллеры для небольших локальных систем. Линейка M17x Modicon, несмотря на то, что она относительно недавно появилась на рынке, уже нуждалась в обновлении. Для нас очень важно соответствовать запросам заказчиков, и мы подходим к вопросу модернизации оборудования со всей

Алексей Михайлов, руководитель филиала ООО «Промоборудование-СИС» (www.promsis.spb.ru), Москва Компания «Промоборудование-СИС» работает на рынке современных инженерных систем уже более 15 лет. Мы специализируемся на поставке оборудования для систем водоснабжения, отопления, канализации, комплектации котельных и тепловых пунктов, а также для автоматизации зданий и производств. В сегменте автоматизации зданий и технологических процессов мы работаем уже давно и сотрудничаем с разными европейскими компаниями-производителями. Несколько лет назад мы начали партнерство с Schneider Electric. Первое время мы строили сотрудничество через дистрибьюторов в Санкт-Петербурге и Москве, но с этого года приняли решение работать напрямую. И вот почему. Ключевая компетенция нашей компании заключается в комплексном подходе к строительству, вводу в эксплуатацию и обслуживанию инженерных систем объектов недвижимости. По автоматизации зданий мы с нашими интеграторами смогли занять лидирующие позиции благодаря, в том числе, слаженной работе и четким алгоритмам взаимодействия внутри проектных решений. Но до определенного момента у нас не было предпочтений в предпроектных заключениях по обследуемым объектам индустриального сектора. Сегодня же с помощью наших партнеров мы пришли к пониманию, что всем сторонам удобно и выгодно работать на промышленных объектах именно с применением оборудования Schneider Electric. Что лично мне нравится в Schneider Electric, так это подход к образованию своих интеграторов. Все они проходят серьезное обучение, сдают экзамены. Таким образом, наверно, отсекаются нерадивые компании, которые считают, что без серьезных знаний можно работать в такой ответственной и технически сложной области, как автоматизация технологических процессов и производств. Это хорошо вписывается в нашу идеологию, поскольку мы всегда движемся по пути повышения квалификации интеграторов, делая ставку на долгосрочную перспективу взаимовыгодного сотрудничества.

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

16 I РЫНОК

Дмитрий Ионов, директор ООО «ТД «Модерн инжиниринг системс» (MES, www.mesgroup.ru), Владивосток Со Schneider Electric мы сотрудничаем шестой год, уже в третьем статусе: сначала как дистрибьюторы, потом как инжиниринговая компания, теперь — как OEM-партнеры. Наша компания работает в сегменте теплоэнергетики и ЖКХ: мы выполняем заказы по строительству и автоматизации объектов малой и средней энергетики (котельные, ЦТП, насосные станции), проектируем и обеспечиваем инженерную инфраструктуру для многоэтажных домов и офисных зданий. Совместно со Schneider Electric мы ведем несколько крупных проектов. Например, сейчас MES является генподрядчиком по строительству городской котельной в г. Поронайск Сахалинской области. Все, что касается вопросов автоматизации, будет выполнено на оборудовании Schneider Electric.

тщательностью: вместе с глобальной командой встречаемся с заказчиками, собираем мнения, анализируем. Все это помогает нам предложить отрасли именно то, что нужно. Также нужно сказать о преобразователях частоты Altivar 320 и Altivar Process. Первый демонстрирует

лучшее управление асинхронными и синхронными двигателями в своем классе. Это безопасное и надежное решение, способное функционировать даже в агрессивной среде. Кроме того, Altivar 320 универсален: он полностью интегрируется в любую современную систему автоматиза-

Архитектура EcoStruxure EcoStruxure — концепция компании Schneider Electric для промышленности, зданий, электрических сетей, ЦОДов, позволяющая объединить устройства и программное обеспечение в единую архитектуру и обеспечить сбор данных и их безопасность (поддерживаются самые строгие требования по защите). EcoStruxure объединяет три уровня (рис.): 1. Устройства, подключенные к глобальной или локальной сети, которыми можно управлять как удаленно, так и находясь рядом. Такие устройства также могут обмениваться данными между собой. 2. Продукты и решения для сбора и обработки первичных данных, которые в режиме реального времени обеспечивают безопасность и надежность работы всей системы, осуществляют сбор информации о состоянии оборудования и всех происходящих процессах. Данные передаются в облако. 3. Приложения, аналитика и сервисы, которые анализируют информацию и выдают индивидуальные рекомендации по улучшению того или иного процесса.

РИС. Архитектура EcoStruxure

ции, будь то Ethernet, Canopen или Profibus, а также легко монтируется в шкаф или напрямую в механизм. Новые приводы Altivar Process являются решением для оптимизации технологического процесса, имеют встроенные интеллектуальные сервисы и способны стать частью системы энергоменеджмента на объекте. Энергетические и технологические виджеты Altivar Process позволяют сократить расходы в рамках технологического процесса, а подключение к специальным приложениям дает возможность удаленного доступа к управлению оборудованием, контроля над его работой в режиме онлайн и постоянного доступа к технической поддержке. Еще один важный продукт — преобразователь частоты Altivar 340, его запуск запланирован на конец 2017 года. Это модель, комбинирующая в себе возможности позиционирования повышенной точности с простотой настройки. И. А.: Среди новинок уже следующего года можно выделить Altivar 6000 — привод среднего напряжения, который должен прийти на смену Altivar 1200. В этом году среди приглашенных на форум партнеров много новых лиц. Расскажите об инструментах, которые вы используете для привлечения партнеров. Н. К.: Основным инструментом привлечения партнеров стал наш новый партнерский веб-сайт. Старая интернет-площадка была довольно сложной для неподготовленного заказчика. Новый портал более интуитивен и удобен. Он разработан с целью сориентировать потенциального заказчика, показав ему

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

РЫНОК I 17

Никита Здор, директор ООО «ТПМ-Энерго» (www.tpm-energo.ru), Санкт-Петербург Компания «ТПМ-Энерго» уже больше пяти лет занимается проектированием и разработкой решений в области электрообогрева, передачи и распределения электроэнергии. Одно из направлений нашей деятельности — создание низковольтных комплектных устройств, при оснащении которых используются контроллеры Schneider Electric. Компанию Schneider Electric я знаю очень давно, познакомился с ней, когда только начал заниматься поставками электрооборудования. И когда появилась «ТПМ-Энерго», вопрос о том, какое оборудование применять, для меня не стоял. Мне нравится партнерская программа Schneider Electric, в первую очередь, из-за удивительной для такой огромной организации гибкости. Всегда существует возможность для обсуждения ценовых или логистических условий. Есть «наш» специалист, с которым можно обсуждать текущие вопросы — например, сократить срок поставки или получить специальные условия по цене. Отсутствие излишней бюрократизации создает возможности для более комфортной и продуктивной работы.

это и электронный каталог, позволяющий оценить весь спектр продукции, и мобильные решения для удаленного управления оборудованием, и поддержка клиентов с помощью приложения Customer Care Schneider Electric, работающего в режиме 24/7. Стоит также упомянуть наш центр онлайн-обучения, позволяющий спе-

фокусную информацию и предоставив подробную настройку для конфигурирования запроса. Также на сайте легко можно найти контакты, чтобы связаться с необходимым специалистом или региональным представителем и задать вопросы. Немаловажным фактором является и внедрение мобильных приложений:

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

циалистам промышленной автоматизации повышать свою квалификацию, не отрываясь от работы, и регулярные вебинары, в ходе которых Schneider Electric знакомит коллег со своей экспертизой. Вся наша работа с партнерами призвана еще раз продемонстрировать приверженность компании инновациям на каждом уровне.

18 I НАЗВАНИЕ РУБРИКИ

ТЕНДЕНЦИИ РОССИЙСКОГО РЫНКА ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ И ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ ШКАФОВ АНАСТАСИЯ ГРИГОРЬЕВА as_grigoryeva@avangard.org ДМИТРИЙ ТРИФОНОВ ds_trifonov@avangard.org

В статье приведен краткий обзор состояния российского рынка телекоммуникационных и электротехнических шкафов. Темпы роста ввода в эксплуатацию жилых и промышленных объектов, а также рост рынка центров обработки данных (ЦОД) и модернизация сетей абонентского доступа послужили толчком для некоторых изменений. Основными трендами на российском рынке монтажных конструктивов сейчас являются зависимость от требований ЦОД, необходимость постоянной модернизации конструкции шкафов, растущая популярность модульных инфраструктурных решений, локализация производств зарубежными компаниями, а также повышение активности российских компаний низкого ценового сегмента. РИС. Структура рынка серверных шкафов по выручке в 2015 г. [3]

Развитие российского рынка монтажных конструктивов напрямую зависит от общего состояния рынка

SME Энергомера 3% 3%

ИТ и энергетики. По сфере применения шкафы подразделяются на два широких сегмента — серверные

Schroﬀ 2%

Emerson 5% Conteg 7%

Прочие 32%

ЦМО 10%

Schneider Electric 17% Rittal 21%

(телекоммуникационные) и промышленные (электротехнические). В структуре импорта их пропорция составляет 40 к 60% соответственно [2]. По данным маркетингового агентства Discovery Research Group, общий объем российского рынка телекоммуникационных и электротехнических шкафов в 2015 г. составил 117 млрд рублей [1]. ТЕЛЕКОМ МУНИКАЦИОННЫЕ ШКАФЫ Российский рынок телекоммуникационных шкафов в 2014 г. пострадал из-за обвала курса рубля относительно мировых валют и до сих пор не восстановился. Сегодня основным сегментом, в котором реализуются какие-то значимые проекты, является сектор B2G. Сокращение промышленного производства привело к падению спроса со стороны корпоративного сегмента, бюджеты проектов с государственным финансированием также стали меньше. Общая экономическая ситуация склоняет компании к приобретению бюджетных решений, поэтому активизировался количественный рост отечественных производителей телекоммуникационных шкафов и на рынке появилось большое количество компаний, предлагаю-

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

РЫНОК I 19

щих аналоги телекоммуникационных шкафов ведущих зарубежных производителей. По оценкам iKSConsulting, рынок серверных шкафов и стоек в 2015 г. составил более 2 млрд рублей [3]. Рынок телекоммуникационных шкафов можно разделить на три ценовых сегмента: высокий, средний и низкий. В большинстве случаев продукция высокого сегмента предназначена для использования в ЦОД, а среднего сегмента — в обычных серверных помещениях. Бюджетные решения низкого сегмента в текущей экономической ситуации особенно актуальны для небольших проектов. К высокому сегменту относятся ведущие зарубежные компании — производители телекоммуникационных шкафов: Rittal, Schroff, Vertiv (Emerson), Schneider Electric и др. К среднему ценовому сегменту можно отнести ведущих польских, турецких, китайских и российских производителей (ZPAS, Sabaj, Hyperline, Conteq, Remer Group (ЦМО), IEK, «Провенто», «Энергомера», DKC и т. д.). Нижний ценовой сегмент охватывает малобюджетные решения китайских и российских производителей. По данным компании iKSConsulting, структура рынка серверных шкафов по выручке (рис.) в 2015 г. была следующей: Rittal; Schneider Electric; Remer Group (ЦМО); Conteg; Emerson; «Энергомера»; SME; Schroff. Можно заметить, что среди лидеров рынка оказались компании, работающие в разных ценовых сегментах: компании Rittal и Schneider Electric (марка APC) из высокого сегмента, Remer Group (ЦМО) — из среднего. По выручке данные компании в 2015 г. занимали фактически половину российского рынка. Высокий сегмент в 2015 г. сократился в долларовом исчислении на 21%, что оказалось ниже сокращения рынка в целом, а средний сегмент — на 62%. За счет этого низкий сегмент (главным образом китайские производители) вырос на 23%. Это единственный сегмент, который продемонстрировал рост не только в денежном, но и в количественном выражении. Доля российских производителей в натуральном выражении постепенно увеличивается, в 2015 г. она достигла почти 47%: пользователи переходят на более бюджетную

ТАБЛИЦА 1. ОБЪЕМ ИМПОРТА ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ ШКАФОВ В РОССИЮ В 20142016 ГГ. 2 Год

2014

2015

2016

2015 к 2014

2016 к 2015

2016 к 2014

Страна

в млн $

в%

Германия

37,81

23,5

24,45

–38

–35

Китай

10,79

7,4

6,48

–31

–12

–40

Польша

8,58

2,52

1,49

–71

–41

–83

Франция

7,03

4,19

5,46

–40

–22

Италия

5,73

2,37

2,06

–59

–13

–64

Турция

3,92

1,7

0,67

–57

–60

–83

Украина

0,47

0,79

1,2

156

Дания

1,87

0,94

0,25

–50

–74

–87

Прочие

43,62

25,48

19,33

–42

–24

–56

Итого

119,82

68,9

61,38

–42

–11

–49

продукцию, которую чаще всего предлагают российские вендоры. Если говорить о текущем состоянии импорта телекоммуникационных шкафов, то объем рынка импорта в стоимостном выражении за 2014–2016 гг. упал фактически в два раза, со $119 млн до $61 млн. Более 50% импорта телекоммуникационных и электротехнических шкафов приходится на Германию, основного торгового партнера России в сегменте телекоммуникационных шкафов, и Китай (таблица 1). На долю шкафов, произведенных в Германии (бренды Rittal, ABB), приходится не менее 40% суммарно-

го импорта. Основными импортерами в Россию являются такие производители, как Rittal, ABB, Hyperline, Schneider Electric, Schroff, Conteg. ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ ШКАФЫ Особенностью силовых электротехнических шкафов российского производства является их комплектация — это целые по конструкции устройства, корпус которых неотделим от размещенного внутри оборудования. Также сервисные компании занимаются сборкой шкафов под заказ, используя импортные комплектующие. К силовым электротех-

ТАБЛИЦА 2. ОБЪЕМ ИМПОРТА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ ШКАФОВ В РОССИЮ В 20142016 ГГ. 2 Год

2014

2015

2016

Страна

в млн $

2015 к 2014 2016 к 2015 2016 к 2014

Германия

124,762

103,274

114,78

– 17

–8

Китай

48,02

35,747

31,335

– 26

– 12

– 35

в%

Франция

47,001

27,38

29,206

– 42

– 38

Польша

42,446

28,067

21,95

– 34

– 22

– 48

США

31,163

20,382

17,278

– 35

– 15

– 45

Дания

27,013

18,436

14,527

– 32

– 21

– 46

Великобритания

23,902

10,442

8,181

– 56

– 22

– 66

Италия

20,432

10,503

8,723

– 49

– 17

– 57

Чехия

14,288

8,538

8,928

– 40

– 38

Австрия

10,873

14,9

8,994

– 40

– 17

Турция

27,583

9,488

3,367

– 66

– 65

– 88

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

Украина

12,635

5,122

3,84

– 59

– 25

– 70

Прочие

301,466

210,672

202,527

– 30

–4

– 33

Итого

731,584

502,951

473,636

– 31

–6

– 35

20 I РЫНОК

ническим шкафам главным образом относятся различные типы низковольтных комплектных устройств (НКУ): распределительные щиты, шкафы автоматического ввода резерва, шкафы управления и автоматики, вводно-распределительные устройства и т. д. Среди основных производителей силовых электротехнических шкафов в России — «Энергомера», «Провенто», Remer Group (ЦМО), DKC, «НПП Экра», инженерная компания ООО «Прософт-Системы», ЗАО «ГК «Электрощит» — ТМ Самара», ООО «ПУ «Казань Электрощит», АО «Невский завод «Электрощит» и др. Импорт силовых электротехнических шкафов в 2016 г. составил $473,64 млн и сократился по отношению к 2014 г. на 40%. Более 50% импорта шкафов этого типа приходится на Германию, Китай, Францию и Польшу (таблица 2). Основными импортерами в Россию являются такие производители, как ABB, Siemens, General Electric, Schneider Electric, Danfoss и Callenberg. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В результате падения импорта телекоммуникационных и электротехнических шкафов фактически в два раза выросли объемы производства шкафов на территории России. Многие зарубежные компании локализовали производство в нашей стране, и внимание западных производителей к вопросу локализации производства с каждым годом только растет, что подтверждают объемы инвестиций в строительство промышленных мощностей на территории России. Именно таким путем следуют многие мировые бренды в самых разных отраслях, в том числе в ИТ и энергетике. Например, компания Siemens развивает сеть франчайзинговых партнеров по производству лицензионной продукции на основе НКУ Sivacon S8 практически по всей территории России. Партнеры Sivacon самостоятельно изготавливают «под ключ» НКУ по технологии и под контролем Siemens, что гарантирует качество не хуже, чем у аналогичной продукции, произведенной на заводах в Германии. Несколько направлений локализации производства развивает Schneider Electric: как производство оболочек россий-

скими компаниями, так и полную локализацию. У компании уже есть достаточно много собственных локализованных производств (ООО «Шнейдер Электрик Эквипмент Казань», ЗАО «ГК «Электрощит» — ТМ Самара» и др.), поставляющих на рынок шкафы в сборе [4]. Также совсем недавно было подписано соглашение между Schneider Electric и Remer Production Group по производству серверных шкафов на площадке в Республике Беларусии (завод ЦМО). Единственным производителем, который по-прежнему импортирует свои шкафы на 100%, является немецкий Rittal [2]. Одной из общемировых тенденций, в том числе определяющей направления развития шкафной продукции, сегодня является «Индустрия 4.0», концепция производства, при которой осуществляется обмен данными между всеми участниками производственной цепочки: машинами, продуктами и сырьем, установками, системами планирования, специалистами и т. д. Отдельные компоненты, отвечающие требованиям «Индустрии 4.0», успешно используются многими предприятиями уже сегодня. Чтобы обеспечить хранение данных, их обработку, распределение, защиту и транспортировку, потребуется большое количество ЦОД. В связи с этим спрос на «оболочки» для систем автоматизации и ИТ-оборудования будет только расти. Как во всем мире, так и в России будут востребованы «умные шкафы». Также спрос на различные типы шкафной продукции формируется государством. В настоящее время в рамках импортозамещения запущены государственные программы и проекты дорожных карт, предусматривающие выделение значительных средств на развитие судостроения, энергетической отрасли, сельского хозяйства и ИТ-сектора. Для производителей шкафов это означает, что возрастет потребность в использовании навесных и напольных шкафов для распределения, пультов, консолей, систем управления и диспетчеризации, систем управления судовыми электроэнергетическими установками, морских источников бесперебойного питания. Также будут пользоваться спросом решения по менеджменту энергетики, системы распределения

электроэнергии и системы мониторинга. В пищевой промышленности и сельском хозяйстве к оболочкам, устанавливаемым в цехах и помещениях, предъявляются особые требования. Возрастет потребность и в шкафах с высокой коррозионной стойкостью и высокой степенью защиты IP для эксплуатации в самых неблагоприятных условиях окружающей среды; в качестве корпусов шкафов для этого используются изделия, произведенные из нержавеющей стали [5]. Кроме того, еще одним существенным стимулом для поддержания отечественного рынка телекоммуникационных и электротехнических шкафов послужат следующие законодательные инициативы правительства: Закон о необходимости хранения персональных данных россиян внутри страны, «Стратегия развития телерадиовещания до 2025 года» и ФЦП «Развитие транспортной системы России до 2020 года». ЗАКЛЮЧЕНИЕ Подводя итоги, можно сказать, что российский рынок адаптировался к текущим экономическим реалиям, сейчас заказчики все чаще применяют в своих проектах продукты, произведенные российскими производителями. В первую очередь это связано с тем, что российские компании менее подвержены колебаниям курса валют. Хотя в то же время в высоком ценовом сегменте спрос на качественные шкафы зарубежных производителей остается достаточно высоким. Таким образом, рынок электротехнических и телекоммуникационных шкафов в ближайшее время будет показывать рост — по крайней мере, в рублевом исчислении. ЛИТЕРАТУРА 1. Аналитический отчет Discovery Research Group. Анализ рынка электротехнических шкафов и электрических щитов в России. www.megaresearch.ru/ﬁles/demo_ ﬁle/26067.PDF. 2. Данные внешнеэкономической статистики ФТС РФ. 3. Мирин С. По полочкам. Рынок серверных шкафов. www.iksmedia.ru/articles/5332352-Po-polochkam-rynokservernyx-shkafo.html. 4. Жемлиханов Т.Э. Локализация производства. Где нам лучше шкаф построить // Электротехнический рынок. 2014. №2 (56). 5. Агафонов С., Савинов М., Хайрутдинов М., Хамчишкин Г. Новые тенденции шкафостроения // Control Engineering Россия. 2016. №5 (65).

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

22 I НАЗВАНИЕ РУБРИКИ

ТЕХНОЛОГИИ МАШИННОГО ЗРЕНИЯ COGNEX ДЛЯ ПИЩЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА

ВИКТОРИЯ ПОКРОВСКАЯ v.pokrovskaya@sensotek.ru

Компания Cognex — один из ведущих поставщиков решений на базе систем и технологий машинного зрения, позволяющих повысить эффективность на разных этапах пищевого производства путем контроля целостности упаковки, отслеживания серийной продукции на пути от производителя до розничных торговых точек, обеспечения точности маркировки с помощью верификации штрихкодов и распознавания символов и др. Обзору доступного оборудования и его возможностей посвящена данная статья.

В пищевом производстве с его высокими скоростями и большими объемами выпуска продукции применение технологий машинного зрения и идентификации становится необходимым. Инструменты контроля на основе

машинного зрения позволяют обеспечивать корректность внешнего вида продукта, его содержимого и маркировки в течение всего производственного процесса. Рассмотрим подобные решения от компании Cognex.

РИС. 1. Видеодатчик Cognex In-Sight 2000

РИС. 2. Наполнение лотков и коробок с использованием видеодатчиков

РИС. 3. Контроль соответствия крышек цвету бутылки/ напитку

РИС. 4. Проверка целостности и нанесения в нужном месте напечатанных кодов и других элементов упаковки

ВИДЕОДАТЧИКИ COGNEX INSIGHT 2000 COLOR Видеодатчики Cognex In-Sight 2000 предназначены для решения простых задач по предупреждению ошибок. В пищевой и упаковочной отраслях датчики цветового зрения In-Sight 2000 (рис. 1) способны инспектировать качество упаковки (находить ошибки и дефекты), наличие заданных элементов дизайна, корректность наполнения лотков и коробок (рис. 2), крышки (рис. 3), этикетки, створки коробок, коды даты и номера партии товара (рис. 4), тем самым обеспечивая безопасность клиентов и защищая репутацию бренда. Линейка In-Sight 2000 включает как монохромные модели, так и модели с цветным зрением (табл. 1). Вместо системы подсчета монохромных пикселей используется инструмент Color Pixel Count для подсчета цветных пикселей, что расширяет диапазон доступных прикладных задач. Цветная модель видеодатчика In-Sight 2000 также предусматривает определение наличия/отсутствия и контроля цвета. Инструменты видеодатчика имеют простую настройку и используют точную цветовую обработку для обнаружения даже минимальных цветовых различий. Серия In-Sight 2000 оснащена комплексной высококачественной системой формирования изображений, состоящей из сменного объектива и светодиодной кольцевой подсветки для прямого освещения (рассеянного по всему изображению), которая устраняет необходимость в дорогостоящем наружном освещении. Линзы объектива и цвет кольцевой подсветки можно менять в зависимости от задачи.

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПИЩЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА I 23

Преимущества In-Sight 2000: видеоресурсы In-Sight, обеспечивающие надежный контроль в единой среде настройки; • простая установка с помощью EasyBuilder (интуитивно понятный интерфейс настройки); • сменные освещение и оптика адаптируются к любой производственной линии без дополнительной подсветки; • модульная конфигурируемая конструкция корпуса (прямая или под углом), которая обеспечивает гибкость монтажа в условиях ограниченного пространства; •

•

интерфейс оператора VisionView с сенсорным экраном для просмотра результатов инспекции и настройки, а также сохранения полученных данных. Инструменты цветного зрения используются для идентификации и проверки объектов на основании данных о цветах. Также с их помощью можно измерять количество имеющихся в наличии пикселей цвета или группы цветов. Усовершенствованная технология цветного машинного зрения обеспечивает точность даже при изменении освещения, которое может создать про-

блемы при использовании традиционных инструментов. Технические характеристики видеодатчиков серии In-Sight 2000 приведены в табл. 1. Выбирая модели для цветных приложений, следует прежде всего определить, может ли задача быть решена в оттенках серого. Большинство объектов с цветными элементами не нуждается в «цветном» датчике, тем более черно-белые изображения значительно четче, чем цветные. Также скорость захвата изображения у формирователя цветного изображения ниже, чем у черно-белого.

ТАБЛИЦА 1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВИДЕОДАТЧИКОВ INSIGHT 2000

Интерфейс пользователя Устройство формирования изображений, тип – 1/3 дюйма, CMOS Объективы, тип M12 / крепление S-Mount 640×480 (стандарт) 640×480 Разрешение (2× увеличение) 800×600 (2× увеличение) стандарт Подсветка

дополнительно

Максимальная скорость захвата, кадр/с Режим увеличения изображения образ Местоположение кромка, деталей окружность образ кол-во пикселей Проверка деталей яркость / контраст кромка расстояние/ угол / диаметр Измерение окружности и подсчет образ / кромка Средства передачи данных и ввода/вывода

Механические характеристики Эксплуатационные характеристики

протоколы разъемы входы/ выходы габариты вес материал / защита питание температура

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

Модели IN-SIGHT 2000 2000-110 2000-120 2000-130 2000-120C 2000-130C In-Sight Explorer EasyBuilder, Cognex VisionView ПО и панель оператора VisionView 900 монохромный

монохромный

цветной

стандарт: 8 мм; дополнительно: 3,6 мм, 6 мм, 12 мм, 16 мм, 25 мм +

–

диффузная белая кольцевая светодиодная подсветка (белый свет) красная, синяя и инфракрасная светодиодные кольцевые подсветки и фильтры объектива, поляризатор поляризатор 40 75 75 55 55 1× 2× 2× 2× 2× + + + + + –

–

+ – – –

+ оттенки серого + –

+ оттенки серого + +

+ цвет + –

+ цвет + +

–

– – + – + EtherNet/IP, PROFINET, SLMP, SLMP Scanner, Modbus TCP, TCP/IP, UDP, FTP, Telnet (основной режим), RS-232 M12 – промышленный Ethernet, M12 питание и ввод/вывод (1) для пускового механизма, вход общего назначения (1), выходы общего назначения (4) прямая конфигурация корпуса: 92 мм (3,61") × 60 мм (2,38") × 52 мм (2,05"); угловая конфигурация корпуса: 61 мм (2,42") × 60 мм (2,38") × 52 мм (2,05") 200 г крашеный алюминий, IP65 24 В пост. тока ±10%, 48 Вт (2 А) макс. при наличии освещенности 0 …+40 °C (32…104 °F)

24 I АВТОМАТИЗАЦИЯ ПИЩЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА

РИС. 5. Проверка наличия вишневого (слева) и апельсинового (справа) напитков в правильном порядке с помощью ч/б-модели

РИС. 6. Проверка наличия товаров красного, синего, желтого и зеленого цветов в правильном порядке с помощью цветной модели

РИС. 7. Считыватель Cognex DataMan 70

Если в прикладной задаче требуется проверка цвета, при которой датчик должен установить его наличие или отсутствие в зоне распознавания, в ряде случаев все равно можно использовать черно-белую модель (рис. 5). Но идентификация цвета, т. е. определение, какой именно цвет присутствует в зоне распознавания, доступна только в модели датчиков IS2000 Color (рис. 6). СЧИТЫВАТЕЛИ ШТРИХКОДОВ COGNEX DATAMAN 70 В 2017 г. Cognex дополнил линейку считывателей штрихкодов и 2D-кодов

экономичной моделью DataMan70 (рис. 7). Этот компактный стационарный считыватель решает типовые задачи высокоскоростного считывания одно- и двухмерных штрихкодов на этикетках, контролируя качество, безопасность и целостность упаковки пищевой продукции. Линейка DataMan включает модели 70S/72S для считывания штрихкодов и 2D-кодов на медленных скоростях (макс. 2 кадр./сек.), 70L/72L для вертикально и горизонтально ориентированных штрихкодов, 70QL/72QL для всенаправленного считывания штрихкодов и 70Q/72Q для штрихкодов и 2D-кодов c максимальной

РИС. 8. Профилировщик Cognex In-Sight

скоростью 45 кадр./с. Более подробно технические характеристики представлены в табл. 2. Четыре мощных светодиода обеспечивают большое рабочее расстояние и глубину резкости. Наличие порта USB-C позволяет использовать для подключения прямой или угловой кабели. Передняя крышка имеет защиту от статического электричества для снижения рисков повреждения дорогостоящего оборудования. Алгоритм 1DMax дает возможность обрабатывать штрихкоды, сильно различающиеся по контрастности, размытости, повреждениям, разрешению, нарушениям свободной зоны и искажению перспективы. Совмещение этого алгоритма с технологией быстрого и точного распознавания, выделения и расшифровки одномерных штрихкодов Hotbars дает высокую скорость считывания и обработки, а также возможность использования на широких конвейерных лентах. Программное обеспечение IDQuick для декодирования предусматривает быстрое и надежное считывание высококачественных одно- и двухмерных кодов и низкоконтрастных кодов на однородном фоне. Гибкая настройка, мощные светодиоды и оптические элементы дают возможность получить равномерно освещенные высококонтрастные изображения кодов и добиться максимальной глубины резкости при работе на низких и высоких скоростях. Системы кодирования серии DataMan 70: • одномерные коды — UPC/EAN/ JAN, Codabar, Interleaved 2 из 5, Code 39, Code 128, Code 93, фармакод, составной UCC; • двухмерные коды — Data Matrix, QR-код и MicroQR-код;

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПИЩЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА I 25

•

РИС. 9. Проверка порций продуктов питания происходит путем сравнения заданного эталонного профиля наполненного лотка с фактическим профилем

составные коды — GS1 (CC-A, CC-B), GS1 Databar, PDF 417, MicroPDF.

ЛАЗЕРНЫЕ ПРОФИЛИРОВЩИКИ COGNEX INSIGHT При производстве продуктов питания и напитков очень важно гарантировать безопасность потребителей и качество продукции. Лазерные профилировщики Cognex In-Sight (рис. 8) измеряют продукты питания для предотвращения недостаточной кулинарной обработки, контролируют правильность размещения крышки и целостность упаковки (рис. 9–12). ТАБЛИЦА 2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЧИТЫВАТЕЛЕЙ СЕРИИ DATAMAN 70 Модели серии DataMan 70

70S

70L

70QL

70Q

72S

72L

72QL

72Q

Одномерные и многоуровневые коды

•

Всенаправленное считывание одномерных штрихкодов

•

Двухмерные коды на этикетках

•

Алгоритмы Разрешение изображения

1DMax HotBars

1DMax HotBars IDQuick

кадровый фотозатвор (1280×960)

1/3 дюйма, CMOS

Захват изображений Максимальная скорость декодирования

1DMax HotBars

кадровый фотозатвор (752×480)

Датчик изображения

• 1DMax HotBars IDQuick

60 кадр/с 2в секунду

45 в секунду

2в секунду

45 в секунду

Устройство наведения

2 зеленых светодиодных индикатора

Варианты объективов

6,2 мм; f 7.0; трехпозиционный объектив со стандартной или широкой настройкой фокусного расстояния

Освещение

Четыре красных светодиода с независимым управлением

Отдельный ввод/вывод

USB: Н/Д дополнительный кабель для последовательной передачи данных 1 вход / 1 выход

Средства вывода сведений о состоянии

светодиод на считывателе: зеленый (правильные показания) или красный (без показаний)

Питание

5–24 В пост. тока или шина USB с питанием 2,5 Вт

Передача данных

встроенный порт USB-C (RS-232 с дополнительным кабелем)

Материал

пластик (поликарбонат)

Размеры

42,4×22,2×35,8 мм

Масса

37 г без кабеля

Рабочая температура

0…+40 °C

Температура хранения

+10…+60 °C

Влажность

< 95%, без конденсации

Степень защиты

IP40

Сертификация RоHS

есть

Аттестация (CE, Safety, FCC)

есть

Операционные системы

Windows 7 и 10

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

26 I АВТОМАТИЗАЦИЯ ПИЩЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА

РИС. 10. Проверка литых под давлением стаканов. Система получает эталон профиля емкости и путем сравнения с образом идентифицирует брак РИС. 11. Проверка однородности продуктов питания. Изменение радиуса профиля продукта сигнализирует о его ненадлежащем качестве РИС. 12. Проверка герметичности упаковки за счет контроля предварительно заданного профиля запаянных в пластик продуктов РИС. 13. Получение профиля измеряемой продукции

Лазерный профилировщик серии In-Sight представляет собой измерительную систему для проверки соответствия размеров продукции заданным техническим требованиям. Для этого используются головки датчиков перемещения Cognex и контроллер машинного зрения серии In-Sight VC200. Благодаря специально разработанным алгоритмам система может получать профиль, выполнять точные измерения и анализировать

результаты. Новейшие инструменты машинного зрения точно детектируют поверхность, даже если на ней есть дефекты. Настройка и интеграция лазерного профилировщика выполняются в четыре этапа: • получение профиля (рис. 13); • определение местоположения объекта; • измерение; • передача результатов. Результаты измерений отправляются на ПЛК, или же заключение об успешной или неудачной проверке передается непосредственно в виде дискретных выходных данных. Лазерный профилировщик серии In-Sight оснащен пользовательским интерфейсом In-Sight EasyBuilder. С помощью этого программного обеспечения технологи и инженеры по качеству могут разрабатывать, интегрировать и поддерживать измерения высокой точности в заводских условиях, а также следить за активностью производственной линии через ноутбук, планшет, смартфон или любое другое мобильное устройство.

НОВОСТИ

ПЕРВЫЙ В РОССИИ АВТОНОМНЫЙ ПИКЕТ ЭКСТРЕННОЙ СВЯЗИ ЗАРАБОТАЛ НА ФЕДЕРАЛЬНОЙ АВТОДОРОГЕ КОЛЫМА

На 311-м км федеральной трассы «Колыма» запустили в опытную эксплуатацию первый в России полностью автономный «Пикет экстренной связи (ПЭС)». Система обеспечивает аварийную связь, обогрев и оказание помощи на удаленных участках автодороги, а также прямую видеосвязь с МЧС, автономное энергоснабжение, видеонаблюдение и сотовую связь. Проект разработала петербургская компания «ЕвроМобайл», а реализовала магаданская компания «Арбуз» при поддержке регионального правительства. На церемонии открытия первого ПЭС побывал губернатор Магаданской области Владимир Печеный. Система предоставляет возможность сделать экстренный вызов «Службы спасения» на номер 112 или других служб с использованием тревожной кнопки. Кроме того, предусмотрена функция обратной связи с оператором МЧС. В настоящее время модуль находится в режиме тестовой работы. Специалистам нужно отладить все системы для безотказного функционирования.

Пикет способен автономно работать почти целый год благодаря солнечным батареям и топливным электрохимическим генераторам EFOY. Такой симбиоз солнечной панели и электрохимического генератора для оказания экстренной связи впервые появился в России. Совмещение с комнатой обогрева и обеспечение сотовой связью — это уникальный мировой опыт. Работу системы можно отслеживать в реальном времени, все отображается графически в системе онлайн-мониторинга, а в случае форс-мажорных обстоятельств сообщение поступает на телефон. В комнате обогрева терпящий бедствие может комфортно и безопасно дождаться прибытия экстренных служб, ведь зимой в регионе температура –60 °С не редкость. Помещение будет оснащено всем необходимым: аптечкой, теплыми вещами, запасом воды и еды. На встрече с представителями компаний, которые занимаются разработкой ПЭС, губернатор Магаданской области Владимир Печеный отметил, что в перспективе

такие пикеты экстренной связи должны появиться на всей колымской трассе, особенно в самых опасных местах. По словам специалистов, система способна выдержать самые низкие температуры воздуха. Губернатор подчеркнул, что модули с отоплением могут быть установлены через каждые 100 км, а без — через 50 км. В этом году разработчики планируют установить еще 10 таких модулей. Созданием системы занимается петербургская компания «ЕвроМобайл», конструктивными решениями — воронежское ООО ФПК «Космос-Нефть-Газ», «СтабкомЭнерджи» из Москвы обеспечивает автономное питание, а системами связи — магаданская компания «Арбуз». В открытии «Пикета экстренной связи» также приняли участие представители МЧС России по Магаданской области, силовых структур региона, телекоммуникационных организаций и других организаций. www.euromobile.ru #4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

28 I НАЗВАНИЕ РУБРИКИ

БОЛЬШОЙ ДОХОД ДЛЯ МАЛЕНЬКОЙ ФАБРИКИ: РЕАЛИЗАЦИЯ ЕДИНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ НА ПРОИЗВОДСТВЕ ПЕЧЕНЬЯ

МАРК ДЭНИЭЛС MARK DANIELS ГАЙ ДЕНИС GUY DENIS ПЕРЕВОД: ВЛАДИМИР РЕНТЮК

Несомненно, заманчиво читать о новых рубежах индустриальных технологий, таких как «Индустрия 4.0» (Industry 4.0) или «умное производство» (Smart Manufacturing). Читать и думать про себя: «Это все прекрасно и очень хорошо для мультинациональных корпораций, но мне до этого как до небес. Для такого небольшого производителя, как я, все это фантастика и несбыточные мечты». Конечно, рассказывая о Едином Предприятии, специалисты компании Rockwell Automation в первую очередь уделяют внимание большим проектам известных производителей в области пищевой промышленности. Однако небольшие компании, используя эту концепцию, могут получить такие же или даже более значительные преимущества. Более того, принципы Единого Предприятия могут помочь мелким производителям конкурировать с крупными предприятиями, особенно в отношении повышения эффективности цепочки поставок и функционирования, а также того уровня гибкости, который ожидают от них клиенты. РАЗДЕЛЕНИЕ ПРИНЦИПОВ И ПРИЛОЖЕНИЙ Прежде чем мы рассмотрим пример, демонстрирующий, как небольшой производитель может извлечь выгоду из того, что доступно уже сейчас, стоит сделать небольшой разбор профессиональных терминов, которые уже используются как сленг. Такое понятие, как «Индустрия 4.0» (Industry 4.0), родилось в Германии, «умное производство» (Smart Manufacturing) — в США, «Индустрия будущего» (L'industrie du future) —

во Франции, а «Производство 3.0» (Manufacturing 3.0) — в Южной Корее, но суть у всех этих терминов одна. Если говорить в целом, то это — производство в эпоху «Интернета вещей» (англ. Internet of Things, IoT), которое многие сейчас также называют IIoT — добавляя еще одно «I» от Industrial. Промышленный «Интернет вещей» — это наиболее удобный термин для этой статьи, поэтому мы будем придерживаться его. ГОТОВНОСТЬ К БУДУЩЕМУ Новые принципы необходимо принять уже сейчас, поскольку будущее построено на подключениях (отсюда и Connected в понятии Connected Enterprise), или, вернее сказать, на связанности, которая обеспечивается путем интеграции производственных сетей с корпоративными информационными технологиями в Интернете и облачными системами. С точки зрения эффективности и производительности преимущества этого объединения очевидны, и их можно ощутить сразу. Эти осязаемые преимущества — именно то, что важно для подготовки бизнеса к потребностям завтрашней производственной среды. Причем это не так сложно реализовать, как может показаться на первый взгляд. Большинство производителей может применять эти принципы уже к тому, что у них есть на текущий момент, и это не требует каких-то огромных капиталовложений. В общем понимании Единое Предприятие подразумевает объединение (подключение для формирования единого целого) людей и процессов в производство так, чтобы данные могли быть согласованы и совместно исполь-

зованы. Именно этот принцип лежит в основе промышленного «Интернета вещей»: предоставление платформы для устройств с поддержкой Интернета, которая дает им возможность общаться на уровне решений системы управления производственными процессами, или MES (Manufacturing Execution System). MES — это специализированное прикладное программное обеспечение, предназначенное для решения задач синхронизации, координации, анализа и оптимизации выпуска продукции в рамках производства и повышения эффективности производственного процесса с точки зрения ИТ-поддержки бизнеса. Использование этой технологии позволит разблокировать возможности предоставления данных, которые можно собрать, обработать и визуализировать, причем наиболее полезным и релевантным образом. Важно также понять, что нужно производителям для принятия решений, которые направлены на повышение гибкости, маневренности, производительности и эффективности, то есть бизнес-аналитики. Для этого необходимо «подключить» и объединить в единое целое запасы, сырье, цепочку поставок и машинные данные. В свою очередь, для того чтобы эта полезная информация перешла на новый уровень и стала интеллектуальной, нужно ее сопоставить и визуализировать. Все это может быть дополнительно контекстуализировано уже для конкретных функциональных потребностей заинтересованных сторон. Например, инженеру по обслуживанию технического оборудования будет удобно иметь несколько различных панелей управления производительностью.

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПИЩЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА I 29

ОБЪЕДИНЕНИЕ ЛЮДЕЙ И ПРОЦЕССОВ В ЕДИНОЕ ЦЕЛОЕ Чтобы показать, как все это работает на практике, представим один день из жизни маленького предприятия — производителя печенья. Назовем нашу гипотетическую компанию YumiBikkies. Несомненно, большая часть этого примера может быть применена и в более широком масштабе, в него можно добавить больше предприятий и получить еще ряд преимуществ. Но мы ограничимся тем, что позволит нам ясно понять цель. В рамках Единого Предприятия компания YumiBikkies имеет три производственные линии, способные производить три типа печенья. Мы проведем этот день с компанией и будем следовать за ней шаг за шагом, начиная с утреннего производственного совещания, которое проводится в 8:00, совещания по проблемам качества в 10:00 и совещания по улучшениям производственного процесса в 14:00. ПЕРВОЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ СОВЕЩАНИЕ  8 ЧАСОВ УТРА На повестке дня утреннего совещания по вопросам производства две основные проблемы: 1) как быстрее выполнить заказ, который будет весьма полезен для компании; 2) сравнение данных о производительности оборудования, доходности и затратах энергии по всем трем производственным линиям. Новый заказ — это 20 тыс. дополнительных коробок печенья к объему обычной продукции. Кроме того, розничный торговец хочет использовать новый рецепт и индивидуальную упаковку, и все это ему нужно срочно. В ходе совещания специалисты YumiBikkies в режиме реального времени анализируют производственные возможности, т. е. смотрят, как работает каждая линия, отслеживая такие ключевые показатели, как загрузка и эффективность использования оборудования, общая производительность и качество выпускаемой на линиях продукции. Кроме того, они подключили и расширили визуализацию по всей цепочке поставок. Как мы видим, когда в YumiBikkies поступает срочный заказ, компания может быстро оценить возможности производственных линий и сдвинуть графики выполнения

заказов так, чтобы максимизировать загруженность оборудования. Вскоре они определяют, какая линия имеет наибольшую емкость и сможет быстро изготовить нужное печенье. Единое Предприятие упрощает выполнение заказа, поскольку он сразу поступает в систему планирования ресурсов предприятия, или ERP (Enterprise Resource Planning). ERP представляет собой организационную стратегию интеграции производства и операций, управления трудовыми ресурсами, финансового менеджмента и управления активами. Впоследствии рецепт и новая упаковка поступают в систему управления жизненным циклом продукта, или PLM (Product Lifecycle Management), а затем номер заказа, рецепт и необходимые инструкции переносятся прямо в MES. Здесь новые компоненты рецепта автоматически разбиваются на инструкции для оборудования и определяются роли исполнителям. Далее все передается на подключенные машины, оборудование, датчики, контроллеры и выводится на панели операторов производственных линий. Благодаря конвергенции информационных и операционных технологий, компании Cisco и Rockwell Automation предоставляют сетевые платформы и архитектуры, такие как архитектура для подключенного производства Converged Plantwide Ethernet CPwE Design guide. Эта архитектура позволяет развертывать Единое Предприятие, обеспечивать взаимодействие между бизнес-функциями, а также гарантировать прозрачность во всем производственном цикле, цепочке поставок и обслуживании бизнеса. Хотя в названии архитектуры фигурирует слово «завод» (Plantwide), заложенные в нее принципы могут с не меньшим успехом использоваться и в других отраслях, например в сфере услуг. Для выполнения своих функций операторы применяют имеющиеся у них планшетные компьютеры, благодаря чему они могут оперативно получить всю необходимую информацию о функционировании производственного оборудования на каждом участке производственной линии. Кроме того, они сканируют и вводят в систему каждый исходный ингредиент по мере его поступления и отслеживают его путь через всю линию по выпуску продук-

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

ции. Вспомогательная документация для каждого ингредиента автоматически обновляется, а система отмечает и учитывает любые возникающие проблемы с качеством. Данные, поступающие операторам, могут также содержать в себе необходимые инструкции и данные по хранению каждого ингредиента. Благодаря этому сначала используются самые старые компоненты, что сводит к минимуму процент отходов, обеспечивая при этом конечный продукт высокого качества. На планшетах операторов также могут отображаться другие панели мониторинга и визуализация, которые необходимы им на текущий момент. Все это дает персоналу управления линиями и оборудованием правильные инструкции или информацию, уменьшает вероятность ошибки и позволяет им точно управлять производственным процессом и контролировать определенные этапы производства на основе назначенных ролей и функциональных обязанностей. В самой производственной линии также есть встроенные интеллектуальные датчики, которые могут обнаружить ускорение или замедление машин, после чего система автоматически скорректирует их функционирование так, чтобы линия двигалась плавно и избежала узких мест. Чтобы каждое оборудование технологической цепочки получило необходимые ингредиенты в нужное время и с учетом скорости выполнения производственного процесса, машины могут синхронизироваться с заводскими автоматически управляемыми транспортными средствами, или AGV (Automated Guided Vehicles). Каждый ингредиент отслеживается в процессе движения с помощью уникальных RFID-меток (радиочастотных идентификаторов) или штрих-кодов. При этом, когда ингредиенты объединяются, разделяются, потребляются

30 I АВТОМАТИЗАЦИЯ ПИЩЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА

и трансформируются, создается полная «генеалогия» их распределения и переработки. СОВЕЩАНИЕ ПО КАЧЕСТВУ  10 ЧАСОВ УТРА Совещание по качеству, запланированное на 10:00, рассматривает вопрос о том, как технология Единого Предприятия сможет предотвратить бизнес-катастрофу в случае инцидента с опасным заражением ингредиентов. Допустим, что лаборатория качества завода обнаружила сальмонеллы в партии арахисового масла, которая попала в часть произведенного печенья и была обнаружена во время запланированных испытаний образцов ингредиентов. Некоторые из этих тестов еще требуют времени для завершения, но поскольку поставщику доверяли, производство уже началось, т. е. обнаружить, в какое конкретно печенье попало зараженное сальмонеллой масло, уже невозможно. Единственное, что может сделать наша компания YumiBikkies, — это должным образом среагировать на возникшую проблему. Раньше такая ситуация была бы катастрофой с тяжелыми последствиями, в том числе и для предприятия. Чтобы найти зараженный ингредиент, компанию потребовалось бы просто закрыть, что немедленно повлияло бы на чистую прибыль завода. Даты поставок были бы единственным механизмом, доступным для отслеживания ингредиентов, но они дают лишь весьма приблизительное представление о том, когда ингредиент мог быть использован. К тому времени, когда YumiBikkies смогли бы изолировать зараженную партию арахисового масла, некоторые партии печенья могли бы уже попасть на полки магазинов

розничной торговли. Это привело бы к отзыву из торговой сети всех партий печенья, поскольку возможности изолировать те, в которые попал зараженный ингредиент, не было бы. Кроме того, если бы они не смогли изъять из торговли зараженный продукт, проблема бы только усугубилась. Но если завод объединен в одно целое, ситуацию можно разрешить иначе. Как уже было сказано выше, с момента поступления каждой упаковки (пачки, бочки, ящика и т. п.) ингредиента он отслеживается на протяжении всего движения в рамках единого производственного процесса по штрих-кодам и RFID-меткам. Ингредиенты сканируются по мере поступления на завод, до добавления в смеситель. Каждый из них идентифицируется уникальным идентификационным кодом, который отслеживается до кодов RFID в упаковке. Поэтому, как только предприятие обнаруживает загрязненное арахисовое масло, соответствующие службы могут мгновенно поднять всю подноготную для этого ингредиента и ясно увидеть ситуацию, с которой им приходится иметь дело. С наличием полной отчетности о движении каждого из ингредиентов наша гипотетическая компания YumiBikkies может увидеть его полную историю с указанием поставщика. Она может точно определить, через какое конкретно оборудование прошел этот ингредиент, в какой день и в какое время. Они могут даже видеть, кто работал на каждой единице оборудования. Благодаря этому отчету о движении компонента компания может в течение нескольких минут изолировать загрязненные сальмонеллой коробки с печеньем, попавшие на склад. Кроме того, они могут даже знать, на каких грузовиках находятся в пути зараженные коробки. Тогда можно

поступить еще лучше: поскольку все грузовики отслеживаются с помощью GPS, водителя можно немедленно уведомить по мобильному телефону, что ему нужно вернуться или не завершать доставку зараженного продукта. Коробки с зараженной продукцией останавливаются еще задолго до того, как они попадут в торговую сеть. Как результат: никакой широкой огласки, так как не потребуется публичного оповещения, никакого ущерба для торговой марки и, что наиболее важно, нет опасности для здоровья потребителей. И это еще не все. Представители компании могут немедленно связаться с поставщиком, который предоставил загрязненное арахисовое масло, чтобы он уведомил других клиентов, которые могли также получить этот продукт, и избежал широкой огласки и связанных с такими инцидентами проблем. В свою очередь, даже если печенье уже вышло на рынок, компания YumiBikkies может видеть все свои поставки и воспользоваться информацией о присвоении серийных номеров, для того чтобы установить связь и наладить необходимое взаимодействие с конечным пользователем. Это значит, что потребители могут по серийному номеру своего продукта узнать, есть ли в нем проблема. Благодаря этому открываются возможности для прямой связи с производителем по части гарантии безопасности его продукта. СОВЕЩАНИЕ ПО УЛУЧШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ  14:00 Третий пункт нашей повестки дня — это сравнение данных по общей эффективности оборудования (оценка, которая учитывает каче-

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПИЩЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА I 31

ство получаемой продукции, производительность и эксплуатационную готовность оборудования), объему производства по выходу готовой продукции и использованию энергии по всем трем производственным линиям. В совокупности все это позволяет YumiBikkies использовать данный уровень оценки для выработки общих мероприятий по улучшению эффективности функционирования оборудования. Поскольку в отчеты включены данные по всем трем линиям, компания может легко сравнивать их производительность и своевременно получать предупреждение о проблемах, возникающих не только по одной из линий, но и по конкретному оборудованию. Такой подход также позволяет им оптимизировать цепочку поставок, заставляя поставщиков добиваться больших объемов поставок за счет увеличения производительности и снижать затраты в целом. В итоге они могут оценивать производительность каждой единицы оборудования и обмениваться передовыми методами, такими как, например, оптимизация потребления энергии (не только электрической, но и тепловой и т. п.), что позволяет повысить производительность и эффективность по всей бизнес-цепочке. Представим, что в ходе оценки ситуации была выявлена проблема в работе конвейера, связанная с отказом одного из опорных подшипников. Чтобы выполнить срочный заказ, две машины, которые формируют печенье, должны работать со 100%ной загрузкой. При этом в печь продукт передается по общей конвейерной ленте. Задолго до поломки подшипника датчики, расположенные на конвейере, могут обнаружить повышенную вибрацию и отрегулировать крутящий момент двигателей. Эти интеллектуальные датчики способны уловить настолько малые изменения, которые было бы трудно увидеть даже опытному оператору оборудования, поскольку он должен определить это на вид или на слух — и реагирует уже по факту возникновения проблемы. В отличие от оператора, машине свойственно прогностическое реагирование: она обнаруживает, что в скором будущем может произойти сбой, и указывает на слабое место. Поскольку конвейер подключен к заводской сети Ethernet IP1, он, как только датчики «ощущают» пробле-

му, автоматически выполняет три операции. Во-первых, оборудование, отображая на информационных панелях аварийные сигналы, автоматически уведомляет оператора о потенциально возможной проблеме. В свою очередь, оператор может более детально осмотреть состояние оборудования через планшет с беспроводным подключением, а для выбора оптимального решения при необходимости связаться с руководством через сеть, используя живой видеочат. Кроме того, система указывает на проблему разработчику технологического процесса и позволяет мгновенно получить соответствующие инструкции от него. Если проблема серьезная, он тоже может связаться в режиме видеочата с производителем, отправив фотографии или логии (файлы, фиксирующие и описывающие текущее состояние оборудования), которые помогут в поиске неисправностей. Во-вторых, машина самостоятельно диагностирует проблему и автоматически составляет заявку для устранения проблемы в течение запланированного времени ее технологического простоя и выдает информацию по обеспечению оборудования соответствующими запасными частями. Поскольку проблема, а в нашем случае это опорный подшипник, обнаруживается еще до его полного отказа, компании YumiBikkies не нужно немедленно отключать линию, тем самым они не теряют ее производительность. Кроме того, они также избегают более сильного износа остальной части оборудования. Как известно, для любого оборудования тяжелее всего включение и выключение. В-третьих, машина взаимодействует с производителем оригинального оборудования, который построил конвейер, посылая ему отчеты по обратной связи, чтобы впоследствии эта компания использовала их для улучшения графика работ по обслуживанию данного оборудования. Поэтому вместо того, чтобы полагаться на среднее время наработки на отказ между сбоями, или MTBF (Mean Time Between Failure — среднее время, указывающее на то, с какой регулярностью оборудование нуждается в техническом обслуживании), теперь изготовитель конвейера может обеспечить бесперебойную работу своего оборудования на основе того,

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

когда на самом деле оно нуждается в техническом обслуживании. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Если для достижения уровня эффективности, показанного в этом примере, производство нуждается в обширной модернизации, то этот уровень может показаться чересчур высоким. Но предприятия не становятся такими в одночасье. Каждая производственная линия может обновляться в небольшом масштабе по мере замены устаревшего или изношенного оборудования. Сбор, анализ и использование различных данных путем объединения доступных операционных и информационных технологий должны иметь первостепенное значение для любого производителя, если он стремится применять принципы Единого Предприятия и быть более похожим на гипотетическую компанию YumiBikkies. Эффективность работы производств должна резко улучшиться: это веяние времени, поскольку все больше потребителей во всем мире предъявляет новые требования к экономии ресурсов. В то же время, чтобы удовлетворить потребности все более активных потребителей при наличии уже имеющихся определенных ограничений, вероятно, потребуются гораздо большая персонализация и более короткие сроки запуска новых продуктов, причем это касается производителей всех видов. Даже такие компании, как YumiBikkies, должны продолжать развиваться и использовать все более высокотехнологичные решения в рамках Единого Предприятия, чтобы успешно существовать в мире IIoT. 1

Протокол EtherNet/IP возник из-за высокого спроса на использование сети Ethernet для приложений управления. EtherNet/IP — открытая сеть, поскольку она использует стандарт IEEE 802.3 для физического носителя и уровня данных. — Прим. пер.

32 I НАЗВАНИЕ РУБРИКИ

АВТОМАТИЗАЦИЯ АВТОКЛАВНОГО КОМПЛЕКСА КОНСЕРВНОГО ЗАВОДА

СЕРГЕЙ БУТ ВАЛЕРИЙ АДАМЕНКО info@noint.ru

На заводе «Пищевик» (г. Абинск, Краснодарский край) была проведена модернизация автоклавного оборудования: заменены устаревшие средства автоматизации на современные, на каждый автоклав установлены локальные панели управления, разработана новая распределенная система управления с возможностью просмотра отчетов и записи в базу данных графиков работы автоклавов.

РИС. 1. Автоклавный комплекс «Пищевик»

РИС. 2. Функциональная схема системы управления четырьмя автоклавами

Предприятие «Пищевик» (рис. 1) занимается переработкой и консервированием фруктов и овощей. Стерилизация консервированной продукции под давлением позволяет сохранять не только питательные вещества, но и витамины, жидкость и минеральные соли, которые, как правило, теряются при кипячении. Также за счет увеличенного давления в автоклавах обработка продукта занимает меньше времени. В консервной промышленности чаще всего используются вертикальные автоклавы, поскольку в них можно стерилизовать все виды консервов в жестяной и стеклянной таре. Получить готовую продукцию высокого качества возможно лишь в условиях бесперебойной и слаженной работы всех звеньев производства, которую обеспечивает автоматизация технологических процессов. Кроме того, качество консервированной продукции напрямую зависит от соблюдения условий стерилизации. Современное автоматическое оборудование делает эксплуатацию автоклавов безопасной, надежной и удобной. При модернизации автоклавного корпуса на заводе «Пищевик» за основу были взяты средства автоматизации ОВЕН. ПРОГРАММНО ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА Внедренная на заводе система контролирует все стадии процесса стерилизации: нагрев, выдержку, охлаждение. Перед началом работы оператор на панели вводит формулу стерилизации для каждого автоклава, задает необходимые параметры технологического процесса, а также при необходимости выполняет калибровку датчиков температуры и дав#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПИЩЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА I 33

ления. На всех этапах обработки контролируется не только температура, но и давление в автоклаве. На случай возникновения нештатной ситуации на каждом автоклаве предусмотрена светозвуковая сигнализация. В качестве главного управляющего устройства используется программируемый контроллер ОВЕН ПЛК110-60. К нему для увеличения количества входов/выходов подключены модули ввода/вывода ОВЕН МВ110 и МУ110. Для отображения информации техпроцесса на пульте оператора установлена сенсорная панель оператора ОВЕН СП307. Функциональная схема контура управления четырех автоклавов приведена на рис. 2. Контроллер, модули расширения и панель объединены промышленным сетевым интерфейсом RS-485. Передача данных и управление с верхнего уровня ведется по Ethernet. Состояние всех автоклавов контролируется с помощью экранной формы MasterSCADA, установленной на ПК, которая служит для визуализации, архивирования и управления процессом (рис. 3, 4). АРМ оператора расположено в лаборатории, где ежедневно автоматически формируются отчеты технологических процессов. В каждом автоклаве ведется непрерывное измерение температуры посредством термопреобразователя сопротивления ОВЕН ДТС. Контроль давления в автоклаве и подающей магистрали производится преобра-

зователем с выходным унифицированным сигналом 4–20 мA. Сигналы с датчиков поступают на входы модуля МВ110. Положение клапанов пара, воды, воздуха, слива определяется сигналами, поступающими с модулей МУ110. Один модуль рассчитан на два автоклава. В ручном режиме возможно дистанционное управление всеми клапанами. Чтобы преобразовать стандартный электрический сигнал (4–20 мA) в пневматический для управления мембранным клапаном (0,02–0,1 МПа), используются электропневматические преобразователи. РЕЗУЛЬТАТ ВНЕДРЕНИЯ АСУ Внедренная на предприятии автоматизированная система обеспечивает: • централизованный сбор данных процесса стерилизации; • отображение обобщенной информации (номер варки, ФИО оператора, давление и температура в автоклаве); • отображение текущих данных варки (давления и температуры) в табличном или графическом виде; • управление клапанами в автоматическом или ручном режимах; • расчет функций для автоматического регулирования процесса стерилизации; • формирование архива данных каждой варки;

•

передачу данных из цеха на АРМ оператора; • контроль хода технологического процесса с АРМ оператора. В результате внедрения АСУ повысилась точность соблюдения технологического режима, увеличился ресурс установки и стабилизировалось качество производимой продукции (за счет постоянного поддержания температурного режима). АСУ позволяет экономить энергоресурсы — за счет оптимизации технологического процесса и строгого соблюдения алгоритмов управления — и обеспечивает безопасность работы установки. Также снизилась трудоемкость обслуживания. Проект полностью отвечает требованиям по точности и надежности, предъявляемым к оборудованию для стерилизации консервов, и позволил обойтись минимальными расходами на оборудование и его установку, что делает его экономически целесообразным для массового внедрения на производстве.

РИС. 3. Основное окно управления

РИС. 4. Экранная форма контроля 8 автоклавов на рабочем месте оператора (АРМ) CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

34 I НАЗВАНИЕ РУБРИКИ

КАК ВЫБРАТЬ НАИЛУЧШИЙ КОНТРОЛЛЕР ДЛЯ ПРИЛОЖЕНИЯ ДЖЕФФ ПЕЙН JEFF PAYNE

Какой тип контроллера лучше подойдет для вашего приложения — PLC, PAC или IPC? Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим их особенности и типичные области применения.

РИС. 1. Несколько видов контроллеров, доступных на рынке

Сегодня широкое распространение получили приложения на базе контроллеров автоматизации, сочетающих в себе возможности программируемых логических контроллеров (англ. Programmable Logic Controller, PLC), программируемых контроллеров автоматизации (англ. Programmable Automation Controller, PAC) и индустриальных персональных компьютеров (англ. Industrial PC, IPC). Большинство этих контроллеров предназначено для использования в различном оборудовании, технологических линиях и гибридных приложениях управления, но на какие критерии следует ориентироваться для выбора оптимального контроллера, отвечающего требо-

ваниям конкретного приложения (рис. 1)? ТИПЫ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ Сегодня на рынке представлено множество разных контроллеров, поэтому важно рассмотреть не только их основные типы, но и разновидности внутри каждого из них. Так, например, в тип PLC входит несколько семейств контроллеров — от низкого уровня (lowend) до высокого (high-end) и с различным диапазоном функциональности. В общих чертах три основных типа контроллеров можно представить следующим образом: • PLC — изначально служили заменителями реле,

•

их начали использовать почти 50 лет назад. Они подходят для управления самыми разн о о б р а з н ы м и п р и л ож е н и я ми. Сейчас доступны модели с различными фиксированными форматами ввода/вывода (I/O) и с минимальным расширением (тогда их называют «кирпичиками»), но наиболее распространенным форм-фактором PLC является усиленный модульный дизайн для монтажа на стойку, который обеспечивает гибкую конфигурацию портов вводавывода на основе системных требований. Центральный процессор (Central Processing Unit, CPU) такого PLC обычно представляет собой отдельно разработанный контроллер с ограниченными возможностями в части связи посредством последовательного интерфейса передачи данных и Ethernet. Такие PLC, хоть имеются и другие варианты их применения, обычно используются как контроллеры с жестко запрограммированной логикой и зачастую являются наиболее конкурентоспособным решением для управления оборудованием. PAC — следующее поколение PLC. При их разработке использовались новые технологии, заимствованные из области ПК широкого применения и мобильных устройств. Благодаря этому РАС, как правило, имеют более широкие возможности для коммуникации и регистрации данных, чем PLC. У PAC также есть множество вариантов программирования, которые обычно определяются стандартом программирования Международной электротехни-

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА I 35

•

ческой комиссии (IEC) 61131-31. Это позволяет использовать их для управления высокопроизводительными приложениями. Но при этом корни PAC все еще находятся в области логических связей, т. н. лестничной логики. IPC — это, по сути, ПК, которые были специально разработаны и сконструированы для надежной работы в жестких условиях индустриальной среды. При их производстве используются более новые и меньшие по размеру компоненты, а также более компактные операционные системы. IPC уже стали самостоятельным классом аппаратуры управления и совсем не похожи на два наиболее распространенных форм-фактора персональных компьютеров — настольные ПК и ПК с панельным креплением. Сейчас IPC, как правило, разрабатываются для монтажа на DIN-рейку или в стойку, что расширяет область свободного пространства приложения, в котором они используются. Сходство с ПК способствует тому, что теоретически возможная максимальная вычислительная мощность IPC и его способности в области обмена данными и хранения информации не имеют аналогов у PLC и PAC. Некоторые ранние версии IPC подвергались критике, поскольку они были недостаточно механически прочными и у них были весьма неустойчивые операционные системы. Но сегодня ситуация кардинально изменилась в лучшую сторону.

СРАВНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ КОНТРОЛЛЕРОВ При выборе решения для управления необходимо учитывать множество разных моментов, но в первую очередь — само приложение. Важно точно определить потребности приложений, а также желаемые результаты, которые мы хотим получить от системы управления. Что касается непосредственно самого контроллера, его функциональные возможности могут быть весьма широкими, охватывая как базовые (например, требующиеся порты ввода/вывода общего назначения), так и более специализиро-

ТАБЛИЦА 1. ОЦЕНКА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ, ХАРАКТЕРНЫХ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ Характеристика

PLC

PAC

IPC

Последовательный интерфейс

Хорошо

Очень хорошо

Отлично

Коммуникационная сеть Ethernet

Хорошо

Очень хорошо

Отлично

Коммуникация на базе стандартного протокола

Удовлетворительно

Очень хорошо

Отлично

Коммуникация на базе протокола пользователя

Хорошо

Очень хорошо

Отлично

Число портов ввода/вывода

Удовлетворительно

Очень хорошо

Отлично

Интегрированное движение

Плохо

Хорошо

Очень хорошо

Интегрированное машинное зрение

Плохо

Удовлетворительно

Очень хорошо

Интегрированный человекомашинный интерфейс

–

Прекрасно

Память (для программ управления и данных)

Удовлетворительно

Очень хорошо

Отлично

Возможности процессора

Хорошо

Очень хорошо

Отлично

Простота программирования

Отлично

Очень хорошо

Удовлетворительно

Расширенные возможности программирования

Плохо

Удовлетворительно

Очень хорошо

Встроенная регистрация данных

Удовлетворительно

Очень хорошо

Отлично

Промышленный «Интернет вещей» (IIoT): доступ к данным

Плохо

Очень хорошо

Отлично

Расширенные меры безопасности

Хорошо

Цена

Отлично

Очень хорошо

Удовлетворительно

ванные — в частности, для обработки данных. Рассмотрим подробнее функциональные особенности контроллеров, перечисленные в табл. 1. Имейте в виду, что эти оценки являются субъективными и в зависимости от тех или иных условий могут быть другими. Последовательные интерфейсы достаточно хорошо зарекомендовали себя в промышленных приложениях, так что они были, есть и будут использоваться еще некоторое время. Связь по последовательному протоколу имеет возможность эффективно взаимодействовать со многими стандартными устройствами через цифровые линии передачи данных интерфейсов RS-232 и RS-485, но технология Ethernet уже тоже стала популярной, и ее востребованность продолжит набирать обороты в рамках технологии промышленного «Интернета вещей» и веб-приложений. Также Ethernet может обеспечить связь и со стандартными устройствами с типичной скоростью передачи данных, т. е. 10/100 Мбит/с. Коммуникация в рамках стандартных протоколов связи включает в себя возможность общаться с типичным

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

промышленным оборудованием. Она осуществляется с помощью популярных протоколов связи, основанных на архитектуре «ведущий-ведомый», Modbus RTU и Modbus TCP, а также протоколов EtherNet/IP, Profinet и т. д. В свою очередь, пользовательские коммуникационные протоколы позволяют контроллерам общаться и с нестандартным промышленным оборудованием. Что касается памяти, ее необходимый объем должен быть доступен для программы контроллера и портов ввода-вывода, а также для хранения файлов данных приложений, имен тегов, описаний и т. д. Адекватные возможности центрального процессора гарантируют, что контроллер имеет вычислительную мощность, требующуюся для размещения выполняемых приложений, включая быстрое сканирование, логику, обработку данных и связь, а также поддержку ряда других требуемых функций. Простота программирования подразумевает понятную среду 1 В России действует аналогичный стандарт ГОСТ Р МЭК 61131-3-2016 «Контроллеры программируемые. Часть 3. Языки программирования». — Прим. пер.

36 I АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА

данными, их хранения и доставки, а также таких возможностей, как доступ к базе данных, удаленный доступ и уведомления по электронной почте. Усовершенствованная защита данных и приложений подразумевает повышенный уровень безопасности и может быть встроена на уровне уникальных имен пользователей и паролей, но она часто реализуется уже на следующем уровне с контроллера — как правило, в человекомашинном интерфейсе. Конечная функция в нашем списке, но нередко самая важная, — это цена. В данном случае она основана на средней стоимости рассматриваемой системы. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ Разделение по областям применения часто варьируется в зависимости от того или иного предназначения конечного приложения (табл. 2). Но, как и прежде, имейте в виду субъективность этих оценок.

РИС. 2. PLC высшего уровня хорошо работают в IIOT-приложениях благодаря встроенному протоколированию данных и расширенным коммуникационным возможностям

для управления базовыми машинами и системами — как правило, с использованием одного языка, такого как лестничная диаграмма. Расширенное программирование обеспечивает более гибкий, но и более сложный пользовательский интерфейс с различными параметрами программирования, включая язык релейно-контактных схем2, структурированный тип данных, функциональную схему и список команд. Встроенное ведение журнала данных позволяет записывать точки данных из системных портов вводавывода непосредственно в память PLC (рис. 2). IIoT требует более совершенных функций для манипулирования

PLC ЗАМЕНЯЮТ РЕЛЕ Наиболее подходящее назначение для PLC — приложения управления отдельным оборудованием, для применения в которых он и был изначально разработан. Для многих приложений такого типа оптимальным выбором являются PLC-кирпичики за счет низкой стоимости, малого форм-фактора и конструктивного исполнения. Недорогая аппаратная реализация и простое программное обеспечение таких PLC делают их наиболее востребованными среди производителей оригинального оборудования (OEM). Важно отметить то, что разрыв в функциональности PLC и PAC все время сужается. Поэтому многие из возможностей PAC, описан-

ТАБЛИЦА 2. ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ В ТИПИЧНЫХ ПРИЛОЖЕНИЯХ Область применения Управление оборудованием Базовые и простые системы Координированное управление движением Интегрированная система машинного зрения Контроль процесса и ПИД-регулирование

PLC Отлично Отлично

PAC Очень хорошо Очень хорошо

IPC Удовлетворительно Удовлетворительно

Плохо

Очень хорошо

Отлично

Плохо

Очень хорошо

Отлично

Удовлетворительно

Хорошо

Очень хорошо

Распределенное управление

Удовлетворительно

Хорошо

Очень хорошо

Групповое управление

Удовлетворительно

Очень хорошо

Отлично

ные ниже, могут быть реализованы и с помощью современных высококачественных PLC. УПРАВЛЕНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ PAC Если взять любое приложение из области управления, то вполне вероятно, что именно PAC подойдет для него лучше всего. Благодаря простому протоколированию данных PAC позволяет получить доступ к данным в контроллере и оптимизировать функционирование технологического оборудования завода. Большое количество портов вводавывода, достаточный объем памяти и расширенные возможности для сбора данных делают PAC подходящим вариантом для широкого спектра приложений (рис. 3). Характеристики, которые ставят PAC на ступеньку выше PLC и приближают к уровню IPC, — это скоординированное управление движением и интегрированная система машинного зрения. PAC могут обрабатывать многоосевое управление движением и двухосевое управление по плоскости, а также более высокие уровни скоординированного движения. Некоторые их них способны выполнять и круговую интерполяцию. Кроме того, высокоскоростная связь в РАС обеспечивает передачу данных в режиме реального времени в обоих направлениях и позволяет ему легко общаться с современными интеллектуальными датчиками машинного зрения. За счет этого появляется возможность реализовать в PAC функции движения, управляемые системами машинного зрения. ДЛЯ ПРИЛОЖЕНИЙ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ  IPC IPC хорошо подходят для приложений управления технологическим процессом с использованием пропорционально-интегральнодифференциального управления (ПИД-регулирования) и других алгоритмических способов управления. Такие сложные решения часто требуют большого количества аналоговых портов ввода-вывода, высокого уровня математики и расширенного управления ПИД-функциональностью. 2 Язык релейной (лестничной) логики – LD, см. ГОСТ Р МЭК 61131-3-2016. — Прим. пер.

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА I 37

РИС. 3. Благодаря широкому спектру функций и возможностей PAC стоят на ступеньку выше PLC и приближаются к уровню IPC

Благодаря возможностям IPC в области сбора данных и обмена информацией они также хорошо подходят для распределенных приложений сбора и управления данными. На многих предприятиях небольшие системы, связанные с узлами запорно-регулировочной трубопроводной арматуры, распределяются по всему объекту и имеют собственный контроль на базе PLC, которые в свою очередь обмениваются данными с центральным IPC.

на протяжении всей технологической цепочки. Также в такой системе могут использоваться многокоординатные управляющие процессоры. Хотя существует множество разных соображений по выбору наилучшего контроллера, этот процесс так или иначе начинается с конкретного приложения. Многие приложения могут управляться посредством

ПРИЛОЖЕНИЯ С ГИБРИДНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ В то время как PAC имеют широкую область применения, IPC лучше подходят для систем периодического и непрерывного управления технологическими процессами, а также для автоматизированного оборудования, которое работает в связке и формирует завершенный технологический процесс, где в начале цикла входит сырье, а в конце выходит уже полностью готовый продукт. Для этого система контроллеров одного типа соединяется с несколькими базами расширения в шкафах управления, расположенных

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

и PLC, и PAC, и IPC, но лучше всего для них, как правило, подходит только один тип контроллера. Поэтому, потратив некоторое время на выбор правильного типа контроллера для конкретного приложения, вы сможете прийти к наиболее простой, наименьшей по габаритам и наименее дорогостоящей системе управления.

38 I НАЗВАНИЕ РУБРИКИ

СЕРИЯ DRB: DINРЕЕЧНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ЕВГЕНИЙ РАБИНОВИЧ

Одно из направлений продукции компании TDK-Lambda — источники питания для крепления на DIN-профиле. Серия DRB — это еще один шаг в реализации программы компании по созданию высокоэффективных и высоконадежных решений для рынка электропитания, не только «идущих в ногу со временем», но и отвечающих требованиям техники из ближайшего будущего.

Серия DRB является более передовым и современным функциональным аналогом хорошо известной пользователям серии DPP, поэтому в данной статье для наглядности будет дано сравнение этих двух серий

РИС. 1. Внешний вид преобразователей серии DRB

по нескольким параметрам. Прежде всего остановимся на модельном ряде: на сегодняшний день ф cерия DRB (рис. 1) представлена моделями пяти уровней выходной мощности — 10, 30, 50, 100 и 480 Вт, основные харак-

теристики которых перечислены в табл. 1. Корпус моделей выполнен из прочного пластика, за исключением DRB480-24-1, модели с металлическим корпусом с перфорированной нижней и верхней частью для свободной циркуляции потока воздуха. Главное внешнее отличие новой линейки, как хорошо видно на рис. 2, — это не только цвет, но и компактность: благодаря усилиям разработчиков удалось уменьшить ширину корпуса на 22–53% (модели 480 Вт здесь не показаны). Например, ширина модуля DPP мощностью 30 Вт составляет 45 мм, а ширина DRB30 — всего лишь 21 мм. А поскольку модули имеют прежнюю высоту и глубину, это означает, что удельная мощность выросла в той же пропорции. Таким образом, при использовании даже нескольких модулей в электрошкафу экономия пространства становится весьма ощутимой.

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА I 39

Еще одним существенным отличием новых изделий является КПД, повышенный на 3–5% по сравнению с предшествующей серией. Это означает уменьшение нагрева не только самих модулей питания, но и остального чувствительного к температуре оборудования, установленного в том же шкафу. За счет применения контроллера нового поколения также повышена эффективность в режимах холостого хода и при невысоких нагрузках, благодаря чему новая линейка отвечает требованиям директивы по энергосбережению ErP. Кроме того, стоит отметить выверенный тепловой расчет и подбор компонентов: в связи с этим срок жизни электролитических конденсаторов увеличился на 30–40%. Поэтому гарантийный срок новых изделий увеличен до 3 лет. В таблице 2 показаны подытоживающие данные улучшения параметров новой серии на примере моделей мощностью 30 и 480 Вт. В основе линейки DRB лежит обратноходовая топология Flyback, которая относительно проста и может давать хорошие характеристики при небольших мощностях. Но особенностью этой топологии являются значительные амплитуды импульсов тока, особенно во вторичной части, а с увеличением мощности потери на выходном диоде увеличиваются значительно. В первичной части основные составляющие потерь на силовом ключе — это потери в моменты отпирания-запирания и потери проводимости. Последн и е у с у г уб л я ю т с я в с л е д с т в и е осцилляций, порожденных резонансными цепями LC. Если рассмотреть диаграмму напряжения «сток-исток», то хорошо видно, что осцилляции возникают в двух местах: в момент закрытия транзистора за счет резонансного контура, состоящего из индуктивности рассеяния трансформатора (L Leak) и с суммарной емкостью в цепи стока Сd, а также в момент, когда спад тока во вторичной обмотке прекращается, энергия в трансформаторе истощается и резонирует индуктивность самой обмотки с той же емкостью (рис. 3). Как следствие, достичь высокого КПД при мощностях свыше 50 Вт становится довольно сложно. Одним из решений по борь-

ТАБЛИЦА 1. МОДЕЛИ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЕРИИ DRB КПД Макс. вых. при вх. напр. мощность, Вт 115/230 В, %

Модель

Вых. напряжение, В

Подстройка Uвых, В

Макс. вых. ток, А

DRB15-24-1

24–28

0,63

15,12

DRB30-12-1

12–15

2,5

86/88

DRB30-24-1

24–28

1,25

88/90

DRB50-5-1

5–5,5

79/80

DRB50-12-1

12–15

4,2

50,4

88/90

DRB50-24-1

24–28

2,1

50,4

88/90

DRB50-48-1

48–52

1,05

50,4

90/91

87/90

DRB50-24-1

24–28

4,2

100,8

90/91

DRB480-24-1

24–26,4

480

90/92

ТАБЛИЦА 2. ПРЕИМУЩЕСТВА НОВОЙ СЕРИИ НА ПРИМЕРЕ МОДЕЛЕЙ МОЩНОСТЬЮ 30 И 480 ВТ

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

Критерии / Модели

DPPЗ0-24-1

Ширина, мм

175

DRB30-24-1 DPP480-24-1 DRB480-24-1

Удельная мощность, Вт/см

0,1

0,21

0,18

0,37

КПД (при вх. напр. 230 В), %

Тепловые потери (номин. режим), Вт

6,5

3,3

Энергопотребление без нагрузки, Вт

2,2

< 0,3

Пусковой ток (при вх. напр. 230 В), А

Вес, г

260

1920

1000

Гарантийный срок

2 года

3 года

2 года

3 года

РИС. 2. Сравнительные размеры моделей одной мощности линеек DPP и DRB

РИС. 3. Диаграмма напряжения «сток-исток» на выводах силового транзистора

40 I АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА

РИС. 4. Блок-схема преобразователя серии DRB и цепь детекции нижней точки спада напряжения

бе с этими потерями может быть использование так называемых снабберных схем. Это хорошо известный и относительно простой способ, но он имеет свои границы эффективности. Использование дорогостоящих пассивных компонентов со значительно улучшенными характеристиками неминуемо делает устройство неконкурентным на рынке. Поэтому решением разработчиков было применить в моделях DRB50 и DRB100 ту же обратноходовую топологию с технологией квазирезонансного переключения. Суть его состоит в том, чтобы контроллер подал сигнал на открытие транзистора в момент наименьшего значения осциллирующего напряжения, обозначенного на рис. 3 как Осц. 2. Для этого предусмотрена дополнительная обмотка трансформатора, позволяющая осуществлять детекцию момента нижней точки спада напряжения. На рис. 4 вывод этого сигнала обозначен как Vzc, так как ток транзистора в момент перед открытием равен нулю. В результате такого открытия транзистора потери проводимости при переключении существенно снижаются, что позволяет увеличить КПД схемы. Поскольку ширина токовых импульсов будет разной в зависимости от значений нагрузки, частота переключения также будет меняться — расти по мере уменьшения нагрузки. Конвертер будет работать в режиме, находя-

щемся между режимом непрерывного тока (Continuous Conduction Mode) и режимом с прерыванием тока (Disсontinuous Conduction Mode). А для того, чтобы частота коммутации не вышла за пределы максимально допустимых значений при малых нагрузках, контроллер обладает функцией Valley Skipping, которая позволяет реагировать не на первый спад напряжения при осцилляции, а на второй, третий или более поздний. Благодаря всему этому повышается эффективность преобразователя при работе на малых нагрузках. Вся линейка DRB стабильно функционирует либо в широком диапазоне входных напряжений от 85 до 264 В переменного тока частотой 47–63 Гц, либо от напряжения постоянного тока в диапазоне 120–370 В. Модули работают в широком диапазоне температур –20…+70 °C, не требуя принудительного охлаждения, поскольку оно происходит за счет конвекции. Но при проектировке необходимо учесть снижение максимального значения выходной мощности по температуре: график этой кривой индивидуален для каждой модели и приведен в спецификациях, которые находятся в свободном доступе в разделе «Технические материалы» на сайте www.tdk-lambda.ru. Проведенные испытания при низких температурах показали, что изделия мощностью 15, 30, 50 и 100 Вт ста-

бильно запускаются при температуре –40 °C, а DRB480 имеет гарантированный холодный запуск при –30 °C; во время такого запуска возможны отклонения стандартных параметров от нормы на время прогрева. Система крепления источников DRB предусматривает надежную и простую установку на DIN-рейке стандартов TS35/7.5 или TS35/15 (по европейской стандартизации), что также облегчает инженерам их использование в различных применениях.. Крепления и блоки после монтажа проходят жесткое вибрационное тестирование. Серия DRB имеет сертификаты безопасности UL508 и IEC/EN 60950-1 (2-е изд.) и отвечает требованиям EN55022, CISPR22 (Класс B) по кондуктивным и излучаемым помехам, а также EN61000-4-2, -3, -4, -5, -6, -8, -11 по устойчивости к внешним воздействиям. Кроме того, блоки удовлетворяют требованиям SEMI F47 и несут маркировку качества CE благодаря соблюдению директив для низковольтного оборудования. Обладая высоким КПД, компактностью, надежностью и другими параметрами, описанными выше, они являются подходящим выбором для реализации задач электропитания высокого качества в таких сферах, как автоматизация зданий и производственных процессов, системы связи и сигнализации, системы распределения питания, защиты и др.

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

42 I НАЗВАНИЕ РУБРИКИ

ТАТЬЯНА КАБАНЕЦ:

«Встраиваемым надежным ПК в безвентиляторном исполнении по всему миру доверяют решение задач промышленной автоматизации»

Татьяна, расскажите, пожалуйста, почему компания «Родник» решила представлять мобильные решения в защищенном исполнении от компании Darveen Technology Ltd. НПП «Родник» работает на российском рынке информационных технологий уже 25 лет, и в основе его рыночной политики всегда лежала ориентация на поставку продукции высокого качества и передовых технических решений. Мы приобрели

РИС. 1. Панельный компьютер DPC-5151 в индустриальном исполнении

РЕШЕНИЯ DARVEEN ДЛЯ РОССИЙСКИХ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ Компания Darveen — один из самых известных производителей промышленных решений для подвижных объектов: встраиваемых и безвентиляторных ПК, прочных дисплеев, защищенных планшетов и т. д. В прошлом году компания вышла на российский рынок, где ее представителем стало НПП «Родник». Татьяна Кабанец, заместитель начальника отдела промышленной автоматизации компании «Родник» и специалист по продукции Darveen, представила основные разработки Darveen и рассказала, в каких отраслях промышленности они будут востребованы прежде всего. оборудование Darveen для оценки и демонстрации потенциальным заказчикам, всесторонне протестировали и пришли к выводу, что можем предложить его российскому рынку. Какова отличительная черта продукции этого производителя? Какие преимущества есть у Darveen перед конкурентами на российском рынке? Продукция данного производителя отличается тем, что ее линейки

представляют собой полноценные наборы технических средств. Комплекс аппаратных средств, возможность удаленного диспетчерского управления, решение ряда мобильных задач благодаря серии автомобильных компьютеров, наличие сканеров штрих-кодов на переносных средствах, эксплуатация в жестких условиях окружающей среды — все эти качества продукции Darveen позволяют создавать современные решения для различных задач пользователя. Какие устройства Darveen есть в линейке? Расскажите о них подробнее. Линейка аппаратных средств содержит все необходимые сегменты для создания решений различной сложности (рис. 1–4). Например, компьютеры для монтажа в транспортные средства представлены в виде панелей и встраиваемых боксов, панельные автомобильные компьютеры выполнены в литом корпусе, снабжены дисплеем и клавиатурой. А встраиваемые автомобильные боксы реализованы в компактных корпусах, оснащены всеми необходимыми видами связи и предполагают использование систем диспетчерского удаленного управления. Также производитель предлагает широкую линейку индустриальных панельных ПК и без-

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА I 43

РИС. 2. Встраиваемый компактный безвентиляторный компьютер ECS-7000 для транспорта

вентиляторных встраиваемых компьютеров. Для решения вопроса сбора, обработки и передачи данных Darveen производит защищенные планшеты и коммуникаторы, которые работают на базе ОС Windows Embedded, и оснащены сканерами штрих-кодов 1D и 2D и всеми необходимыми видами связи. Решения для морского применения представлены в виде разнообразных прочных дисплеев и компактных безвентиляторных ПК. Корпуса этих надежных, но легких компьютеров выполнены из литого алюминиевого сплава, что допускает работу в расширенном диапазоне температур. Какие из них вы бы выделили как самые популярные? Самыми популярными направлениями я бы назвала компьютеры для монтажа в транспортные средства и безвентиляторные встраиваемые ПК в виде панелей для решения задач промышленной автоматизации. В каких отраслях может применяться мобильное оборудование? Область применения мобильного оборудования Darveen довольно широка. На его базе создаются решения для сбора и передачи данных в системах управления логистических компаний, для автоматизации складского хозяйства и стивидорных компаний. А оснащение планшетов и КПК сканерами штрих-кодов делает их незаменимыми в решениях для таможенных терминалов и портов. В организации работы команд мобильных аварийных и спасательных служб необходимо использовать планшеты с защитой от пыли и влаги. Они также подойдут и для решения иных задач в передвижных диагностических центрах и лабораториях, в полевых условиях. В свою очередь, панельные компьютеры с креплением для монтажа в ТС и возможностью удаленного управления используются на бортах роботовпогрузчиков и в иных решениях для логистики, в том числе и в промышленных системах отслеживания тяжелых ТС. Встраиваемым надежным ПК в безвентиляторном исполнении по всему миру доверяют решение задач промышленной автоматизации.

Расскажите об использовании продукции Darveen в промышленности и на производствах. Для решения подобных задач ко м п а н и я D a r ve e n п р е д л а г а е т широкую линейку промышленных панельных ПК и безвентиляторных встраиваемых компьютеров. Защищенные панельные компьютеры с классом защиты IP65 представлены в облегченных алюминиевых корпусах и в корпусах компактного исполнения для использования в условиях ограниченного пространства. Модельный ряд этих ПК с сенсорными экранами имеет диагонали от 8 до 15". Встраиваемые же компьютеры выполнены в корпусах безвентиляторного дизайна и обеспечивают стабильную работу в широком диапазоне температур. Производительность этих ПК обеспечивают процессо-

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

ры Intel: Cedarview Atom, Celeron и Core. Компьютеры оснащены всеми необходимыми интерфейсами для решения задач автоматизации. Каким образом можно использ о в ат ь п р о д у к ц и ю D a r v e e n в работе аварийных и спасательных служб? Передвижные диагностические центры и лаборатории, машины скорой помощи и иные ТС аварийных служб часто сталкиваются с необходимостью защищенного и надежного средства сбора и передачи данных для оперативной работы. В продуктовой линейке Darveen имеются планшеты, решающие как раз эти задачи. В первую очередь нужно отметить надежные корпуса этих планшетов. Они защищают устройство от пыли и влаги

РИС. 3. Компактный безвентиляторный встраиваемый компьютер MC-6000 для морских решений

44 I АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА

ления, что позволяет персоналу вовремя получать данные, необходимые для повышения эффективности работы ТС. Компьютеры для транспорта обеспечивают высокую производительность вычислений и сконструированы специально для работы в условиях вибрации. В тандеме с ними можно использовать автомобильные источники питания с широким диапазоном напряжения. Также есть возможность применять эти ПК на сельскохозяйственных ТС, поскольку множество периферийных интерфейсов ввода / вывода позволяет осуществлять сбор и передачу данных с датчиков, установленных на автотранспортных средствах.

РИС. 4. Защищенный панельный компьютер VT-858 для складских решений

по стандарту IP до класса 66, а также от ударов и вибрации, что необходимо для работы на транспорте, и гарантируют бесперебойную работу технического средства в температурном диапазоне –20…+60 °C. Планшеты оснащены защитным покрытием экрана Gorilla Glass и необходимыми интерфейсами для подключения аппаратуры и поддерживают все требуемые виды связи: Wi-Fi, Bluetooth, LTE/3G, NFC, GPS, USB3.0, RS-232, LAN, Micro HDMI. Работа планшетов обеспечивается производительными процессорами Intel и реализована на ОС Windows. Стоит отметить и реализацию режима работы планшетов с функцией «горячей замены» батареи, обеспечивающей непрерывную работу без подключения к сети питания. Планшетам Darveen под силу оптимизировать рабочий процесс бригад аварийно-спасательных служб и мобильных лабораторий. Также они могут успешно служить помощником диспетчеров для координирования команд посредством GLONASS/GPS.

Расскажите об использовании продукции Darveen на тяжелых транспортных средствах. Безопасность — один из наиболее важных вопросов современной горнодобывающей промышленности. Поэтому так важны решения на базе компьютеров Darveen, специально разработанные для работы на тяжелых ТС. Эти компьютеры стабильно работают в чрезвычайно суровых условиях и обеспечивают безопасность рабочих бригад. Оснащенные системами GPS и ГИС (Географической Информационной Системы) ПК помогают ТС избегать столкновений во время транспортировки груза по карьеру и, следовательно, способствуют снижению числа несчастных случаев. Модуль CAN используется в этих ПК для связи между транспортными средствами и мониторинга ТС в режиме реального времени, с тем чтобы обеспечить техническое обслуживание и уход за ТС. Кроме того, поддержка каналов связи 3G/LTE/Wi-Fi гарантирует своевременный обмен информацией с центром управ-

Какое применение может найти защищенная техника Darveen на складах? Для решения задач автоматизации складского хозяйства и стивидорных компаний созданы компактные компьютеры с сенсорными экранами и реализацией функции бесклавиатурного управления и с креплением VESA 75/100 для установки на ТС или роботы-погрузчики. Устройства защищены от пыли и влаги в соответствии со стандартом IP65, а корпус выполнен в безвентиляторном дизайне. Данная вычислительная техника показала стабильную работу в условиях вибрации на испытаниях по стандарту MILSTD-810G. Компьютеры оснащены необходимыми беспроводными интерфейсами (Wi-Fi, Bluetooth, GPS, LTE/HSPA+/EVDO) с антеннами, установленными внутри радиопрозрачного корпуса. Стоит отдельно отметить опциональную комплектацию твердотельными дисками, в том числе с расширенным температурным диапазоном (от -40 °С), которая обеспечивает возможность работы на неотапливаемых площадках, а также работу от источников питания постоянного тока (8-36 В) с функцией автоматического включения при включении зажигания.

Íàõèìîâñêèé ïðîñïåêò 1, êîðï. 1 ã. Ìîñêâà, Ðîññèÿ, 117556 Òåëåôîí: +7(499) 613-7001, +7(499) 613-2688 WWW.RODNIK.RU #4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

НАЗВАНИЕ РУБРИКИ I 45

ОРГАНИЗАЦИЯ WIFI В ОБЪЕКТАХ ГОРОДСКОЙ И ПРИГОРОДНОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ ЕВГЕНИЙ МИРОШНИЧЕНКО evgeniy.miroshnichenko@euroml.ru

Ежегодно объем глобального интернет-трафика увеличивается на 25% и к 2020 г. достигнет отметки в 160 Эксабайт. Прогнозируется, что к этому времени больше половины трафика будет генерироваться с мобильных устройств. Чтобы обрабатывать такие объемы данных, необходима соответствующая беспроводная инфраструктура, и в последнее время большую популярность при создании беспроводных сетей связи стала набирать технология Wi-Fi. В статье представлен проект организации сети Wi-Fi в городской/пригородной зоне. РИС. 1. Общая схема организации Wi-Fi в городской и пригородной зоне с помощью оборудования Wisnetworks

Принятый в 2012 г. стандарт 802.11ac позволяет говорить о Wi-Fi как о полноценной технологии, способной на равных конкурировать

WIS-R8000 Multi-WAN Hotspot-маршрутизатор

с проводными сетями связи и эффективно использоваться для разгрузки мобильных сетей. Однако чтобы получить широкое распространение,

Wi-Fi-сеть должна удовлетворять следующим запросам пользователей: • иметь большую зону покрытия и позволять им свободно пере-

Internet 11AC

11AC 5 GHz

LTE Router

WCAP-AC-OS * 4 шт (360°) 2-х диапазонная Базовая станция

11AC

400 – 500 Мбит/с при расстоянии 4 – 5 км ТЦ,

WIS-SG900P 10-портовый PoE-коммутатор

Офи

сно

е, п

WIS-D523AC CPE / беспроводной мост

рои

тра

нзи

тны

йк

зво дст

ана

во

… WisCloud Controller Аппаратный контроллер

Internet

WCAP-AC 2-х диапазонная точка доступа WCAP-Outdoor Точка доступа

кот

тед ж

ный

пос

ело

к/

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

дач

WIS-Q5300 CPE

WCAP-AC-Outdoor 2-х диапазонная базовая станция 11AC

PoE 11AC

11AC

скв

ер

46 I БЕСПРОВОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

РИС. 2. Контроллер WisCloud Controller

Система Wi-Fi без балансировки нагрузки

РИС. 3. Принцип осуществления балансировки нагрузки оборудования Wisnetworks

Система Wi-Fi с балансировкой нагрузки мещаться по территории без прерываний сеансов связи; • равномерно распределять сетевые ресурсы и гарантировать высокое качество обслуживания. Решить данные задачи позволяет «бесшовная» сеть Wi-Fi, построенная на основе оборудования Wisnetworks, официальным дистрибьютором которого является компания «ЕвроМобайл». КАК СОЗДАЕТСЯ ЕДИНАЯ БЕСШОВНАЯ СЕТЬ WIFI? Оборудование Wisnetworks дает возможность создавать беспроводные сети операторского класса любой сложности и масштаба. Вся линейка включает в себя около 100 моделей, среди которых точки доступа, шлюзы, мосты и базовые станции. Рассмотрим, как на базе оборудования Wisnetworks создается единая «бес-

РИС. 4. Принцип «бесшовного» роуминга оборудования Wisnetworks

шовная» Wi-Fi-сеть, работающая на объектах городской и пригородной инфраструктуры (рис. 1). Основным элементом сети является аппаратный контроллер WisCloud Controller (рис. 2), который осуществляет единое централизованное управление всем парком Wi-Fi-оборудования. Это дает сети следующие возможности: • Балансировка нагрузки. Все активные клиенты распределяются между подключенными точками доступа, что позволяет оптимизировать использование ресурсов, увеличить скорость обслуживания запросов и улучшить качество обслуживания пользователей (рис. 3). • «Бесшовный» роуминг. Контроллер автоматически переключает терминальное оборудование пользователя между точками доступа при перемещении поль-

зователя по объектам городской и пригородной инфраструктуры. Переключение осуществляется без прерывания сеансов связи. Потери информации при переключении минимальны или вовсе равны нулю (рис. 4). • Band Steering. Данная технология позволяет автоматически перенаправлять клиентские устройства на частоту 5 ГГц, если они способны работать в данном диапазоне. Стоит отметить, что «ЕвроМобайл» имеет все необходимые сертификаты Минкомсвязи, разрешающие оборудованию работать на частотах 2,4 и 5 ГГц. Для того чтобы организовать Wi-Fi на удаленных территориях (например, в коттеджных поселках), в точку, куда планируется провести Wi-Fi, организуется высокоскоростной транзитный канал связи. Для этого используется беспроводной мост WIS-D523AC. Беспроводной мост, как и все базовые станции Wisnetworks, поддерживает стандарты 802.11a/n/ac, технологию WiD TDMA (Wireless Individual Division technology — усовершенствованная технология множественного доступа с разделением по времени) и MIMO (Multiple Input Multiple Output — технология одновременной передачи сигнала несколькими антеннами). Протокол WiD TDMA запатентован компанией Wisnetworks и позволяет увеличить пропускную способность устройства. Технология MIMO дает возможность улучшить отношение сигнал/шум и увеличить скорость передачи данных. Так, 2×2 MIMO для скорости 867 Мбит/с 5 ГГц дает возможность беспроводному мосту передавать данные в три раза быстрее стандарта 802.11n. Мощность передатчика беспроводного моста, равная 27 дБм, и антеннаусилитель на 23 дБи (углы изучения 10° по вертикали и по горизонтали) обеспечивают дальность действия оборудования до 20 км. Встроенный модуль грозозащиты выдерживает разряды до 16 кВ. На расстояние 4–5 км мост способен передавать данные со скоростью 400–500 Мбит/с. Для создания каналов большей длины используются ретрансляторы. В точке, куда проведен транзитный канал связи, устанавливается базовая станция, способная работать в двух диапазонах частот: 5 ГГц и 2,4 ГГц. Частота 5 ГГц служит для поддер-

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

БЕСПРОВОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ I 47

жания транзитного канала связи, а частота 2,4 ГГц — для раздачи Wi-Fi пользователям, находящимся неподалеку от базовой станции. Наиболее оптимально по соотношению цена/качество использовать как двухдиапазонную базовую станцию модель WCAP-AC-OS. Два диапазона частот позволяют WCAP-AC-OS раздавать канал абонентам (поддерживается до 150 пользователей) и вести транзитный канал на другие базовые станции, находящиеся в более удаленных точках. Передача сигнала осуществляется с помощью секторной 13-дБи 90° антенны. Для крупных населенных пунктов с большой площадью поддерживается установка до 4 базовых станций WCAP-AC-OS. В качестве удаленных базовых станций можно использовать WCAP-AC-Outdoor. Это устройство идеально подходит для покрытия небольшого парка, детской площадки, сквера и т. д. Способно также одновременно поддерживать транзитный канал на частоте 5 ГГц и местный обмен с пользовательскими устройствами на частоте 2,4 ГГц. Чтобы обеспечить максимальн ы й о х в а т до м о в л а де н и й п р и распределении сигнала, базовые станции обычно устанавливаются на столбе или крыше высокого дома. В случае размещения конкретного домовладения на расстоянии более 100 м от базовой станции устанавливается оборудование CPE (сustomer premises equipment), которое обеспечивает прием информации от базовой станции и ее передачу на оборудование пользователя. Разведение Интернета по домовладению зависит от размеров домовладения и пожеланий владельца. Для решения этой задачи можно использовать обычные точки доступа, такие как WCAP-AC и WIS Q5300. Эти CPE могут подключаться цепочкой в режиме PoE на дистанции до 120 м. Также для раздачи Wi-Fi может использоваться точка доступа наружного исполнения серии WCAPOutdoor. Базовые станции серий WCAPAC-OS/WCAP-AC-Outdoor/ WCAPOutdoor представлены на рис. 5. Все базовые станции обладают ESD-защитой и сделаны из алюминия IP6X, что защищает оборудова-

РИС. 5. Базовые станции серий WCAP-AC-OS / WCAP-ACOutdoor / WCAP-Outdoor

ние от погодного воздействия. Все это позволяет использовать наружные базовые станции даже в самых сложных метеоусловиях. Точки доступа, используемые в проектах в качестве CPE, обладают высокой производительностью и могут быть выполнены в различных удобных для монтажа исполнениях. В больших помещениях (выставочные залы, павильоны и др.) оборудование крепится на потолок. Также оборудование может быть закреплено на специальный штатив, что позволит беспрепятственно переносить установку и по мере необходимости организовывать сеть на любой территории. Для организации Wi-Fi внутри офисов и торговых центров в решении используется высокопроизводительный маршрутизатор. Если требуется обслуживать достаточно большое количество пользователей, для этого подойдет 8-портовый (2 × 100/1000 Мбит/с RJ45 + 2 × SFP+ 1/10 Гбит/с) Multi-WAN Hotspotмаршрутизатор WIS-R 8000. Производительность маршрутизатора позволяет в режиме реального времени обслуживать до 2000 пользователей, поддерживая одновременно 1 300 000 сессий. Маршрутизатор обладает возможностью квотирования объема трафика/полосы пропускания и агрегации/балансировки до 5 каналов связи. Layer-7 smart QoS позволяет контролировать ширину канала, ограничения по скорости, а также устанавливать

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

приоритеты для различных типов трафика. В оборудование встроен кастомизируемый веб-портал аутентификации для разных групп клиентов. Обеспечивается работа с настраиваемой пользовательской страницей входа и PPPoE-сервером. Предоставляется профессиональный AAA-сервис — как для CPE, так и для мобильных пользователей. Верификация пользователей может осуществляться по дате/ продолжительности/выделенной квоте. Для подключения и разнесения большего числа точек доступа к маршрутизатору подключается 10-портовый неуправляемый гигабитный коммутатор WIS-SG900P, п о д де р ж и в а ю щ и й P o E 8 0 2 . 3 a t на 8 портах. Высокая производительность коммутатора позволяет ему обрабатывать до 20 Гб/c Интернеттрафика. Для случаев, когда по какимлибо причинам нет возможности организовать транзитный канал, н о м ож н о и с п ол ь з о в а т ь с ото вый канал связи, оборудование Wisnetworks позволяет создать автономное временное решение. Данный вариант можно применить для организации Wi-Fi на выездных мероприятиях, фестивалях на природе и т. д. Схема построения сети схожа с решением для офисов и т о р г о в ы х ц е н т р о в , ко т о р о е было рассмотрено выше, но вместо маршрутизатора WIS-R 8000 используется 3G/LTE-роутер.

48 I НАЗВАНИЕ РУБРИКИ

СКАЗ О ТОМ, КАК ИГРУШЕЧНАЯ ЛЯГУШКА ПОМОГЛА СОВЕРШИТЬ ПРЫЖОК В СФЕРУ ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ. ЧАСТЬ 1. НЕПРОСТОЕ НАЧАЛО ВЛАДИМИР РЕНТЮК Rvk.modul@gmail.com

До недавнего времени трехмерная, или, как мы ее называем, 3D-печать воспринималась исключительно как способ создания пластиковых деталей невысокого качества, которые были одноцветными и изготавливались крайне медленно. Это было практически хобби, причем на большого любителя. Однако в последнее время мы наблюдаем существенное улучшение в материалах и точности изготовления и такие изменения в самой технологии 3D-печати, которые преобразуют ее в способ производства, подходящий для создания практически любого продукта в самых разнообразных и порой неожиданных сферах применения.

РИС. 1. Хидео Кодама, автор идеи 3D-печати и изобретатель стереолитографии

Как правило, инновационному обрабатывающему оборудованию требуется достаточно много времени, чтобы преодолеть все барьеры консервативных заводских структур и стать привычным для производственного и технологического процесса, а затем, как говорится, пойти в массы и стать обычным для самого широкого круга пользователей. Однако есть одна область, в которой распространение новой технологии пошло по друго-

му пути: от относительно простого применения энтузиастами к полномасштабному процессу прототипирования и промышленного применения для выпуска самой разнообразной и зачастую уникальной продукции. Речь идет о трехмерной печати. Самые ранние технологии 3D-печати появились в начале 1980-х гг. В то время они назывались технологиями быстрого прототипирования и не замахивались на широкое применение и тем более использование в производственных масштабах. Первая заявка на патент 3D-печати методом стереолитографии была подана в 1980 г. в Японии доктором Хидео Кодама (Hideo Kodama), а в 1981 г. он уже напечатал первый образец. Но, не завершив оформление патента (возможно, он не оценил его перспективности), Хидео Кодама (рис. 1) потерял приоритет официального изобретателя. Еще более печальная история произошла во Франции, где в 1984 г. группой изобретателей —

Аленом Ле Миути (Alain Le Méhauté), Оливье де Витте (Olivier de Witte) и Жаном Клодом Андре (Jean Claude André) (рис. 2) — была подана заявка на патент быстрого прототипирования, кстати, тоже методом стереолитографии, которая была отклонена с вердиктом «отсутствие перспективы применения». Перспективы использования 3D-печати не смогли оценить французская General Electric Company (ныне Alcatel-Alsthom) и CILAS, консорциум, специализирующийся на лазерных технологиях [1]! Поэтому официально рождением этой технологии считается 1986 год, когда американский изобретатель Чак Халл (Charles W. Hull) (рис. 3) получил свой патент. Хотя некоторые специализированные издания все же считают отцами 3D-печати именно Алена Ле Миути и его коллег, которые подали заявку на несколько недель раньше Чака Халла. Таким непростым был путь рассматриваемой в данной статье технологии.

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

ЦИФРОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО И АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ I 49

Сегодня именно Чак Халл, который запатентовал созданный им в 1983 г. аппарат для стереолитографии, считается изобретателем технологии 3D-печати. За это он удостоился места в Национальном зале славы изобретателей США. Впоследствии Чак Халл основал компанию 3D Systems, успешно работающую на рынке технологий 3D-печати и по сей день. В общем понимании стереолитография (англ. Stereolithography, STL; иногда ее называют SLA) была не совсем той 3D-печатью, к которой мы привыкли, да и в то время даже такого термина еще не придумали. В качестве «строительного материала» в этой технологии использовались не порошки или расплавленные пластмассы, а фотополимеры в жидком состоянии. В первых 3D-принтерах трехмерный объект выращивался из этой жидкой среды последовательными тонкими (0,1–0,2 мм) слоями путем полимеризации фотополимерной композиции, инициированной лазерным лучом или излучением ртутных ламп. Этот метод стоит особняком от других современных 3D-технологий и отчасти похож на селективное лазерное спекание, о котором мы поговорим позже. Под прочно вошедшим в обиход названием «3D-печать» скрывается технология аддитивного производства, официальное наименование которой — моделирование методом послойного наплавления (англ. Fused Deposition Modeling, FDM), а также целый ряд технологий, созданных на ее основе. Хотя сам термин первоначально относился к процессу послойного спекания порошкового слоя с использованием струйных печатающих головок, разработанному в Массачусетском технологическом институте (англ. Massachusetts Institute of Technology, MIT) в 1993 г., сейчас под 3D-печатью подразумеваются все технологии аддитивного производства, позволяющие создавать трехмерные объекты. Технология FDM была разработана в конце 1980-х гг. по весьма простой причине. Ее автор, авиационный инженер Скотт Крамп (Scott Crump), был очень раздосадован длительным и дорогостоящим ожиданием между моделью, выполненной в системе автоматического проектирования САПР — или, как сейчас принято говорить, CAD (Computer-Aided Design), — и прототипом детали. В результате он сделал то, что обычно делают изобретатели, — придумал собственное решение. Дока-

РИС. 2. Ален Ле Миути, Оливье де Витте и Жан Клод Андре получают награду за участие в конкурсе Européennes du Prototypage 2013

зать работоспособность идеи Скотта Крампа было просто. Он приготовил смесь свечного воска и полиэтилена, вытолкнул ее из пистолета для работы с горячим клеем и таким образом «напечатал» свою первую 3D-модель — игрушечную лягушку для двухлетней дочери. В 1989 г. Скотт и его жена Лиза основали знаменитую компанию Stratasys [2]. После изготовления семи прототипов они уже в 1991 г. отправили заказчику первый в мире 3D-принтер, а в 2015 г. доход компании составил $696 млн. Современный 3D-принтер, работающий по этой технологии, показан на рис. 4. Такие принтеры продаются сегодня по цене от €500 (здесь и далее цены приведены на основании публикации [3]). Несмотря на некоторые успехи, до 2004 г. бо́льшая часть практического использования технологии FDM приходилась на энтузиастов и университетские команды, не имея особого спроса со стороны инженеров, вовлеченных в НИОКР. Такое отношение к новой прогрессивной технологии автор статьи буквально испытал на себе. Впервые он увидел эту завораживающую технологию печати, причем именно компании Stratasys, в Ганновере, на международной выставке CeBIT99. Удивительно сложные трехмерные формы рождались из ничего буквально на глазах. И это по AutoCAD-чертежам, без изготовления оснастки! В то время полученную деталь даже можно было оценить, буквально пощупав своими руками, и использовать в макетах. Эта технология вызвала интерес у любителей, но они не могли

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

позволить себе купить за шестизначную сумму первые коммерческие 3D-принтеры и поэтому решили пойти проторенным путем: не можешь

РИС. 3. Чак Халл с прототипом гребного винта, выполненным из фотополимера методом стереолитографии

РИС. 4. 3D-печать методом послойного наплавления: а) изобретатель — Скотт Крамп; б) процесс 3D-печати

50 I ЦИФРОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО И АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

РИС. 5. Проект RepRap: 3D-принтер Darwin (а) и принтер второго поколения Mendel (б)

РИС. 6. Одно из первых индустриальных применений FDM-технологии 3D-печати –детали для сборки пылесосов компании Oreck

РИС. 7. Urbee — автомобиль, «напечатанный» по FDM-технологии

купить, но очень хочется — сделай сам. Сказать, что это было просто, значит покривить душой. 3D-печать требовала от энтузиастов достаточно хороших знаний в конструировании, области технологии материалов, механике, электронике и электротехнике. Но в итоге появились первые доступные принтеры — сначала, в 2008 г., Darwin, а потом и Mendel — в 2009 г.

(рис. 5). Они оба — результаты проекта RepRap (от англ. Replicating Rapid Prototyper — самовоспроизводящийся механизм для быстрого изготовления прототипов), который был основан в виде блога в 2005 г. доктором Адрианом Бойером (Adrian Bowyer), преподавателем машиностроения в университете Бата (University of Bath) в Великобритании. Читатели, знакомые с биологией, без труда уловят в названиях этих принтеров намек на эволюцию. По сути это была инициатива, направленная на создание самокопирующегося устройства, которое может быть использовано для быстрого прототипирования и производства себе подобного. Сама конструкция этих аппаратов была несложной. Для их изготовления требовались резьбовые стержни и шаговые двигатели. Особенность последних заключается в том, что на каждый поданный на статор импульс напряжения их ротор поворачивается на строго заданный угол, определенный только их конструкцией, или смещается на некоторое расстояние, поскольку существуют и такие двигатели с линейным перемещением ротора [4, 5]. Но сами двигатели и технология требуют высокоточного контроля, поэтому для непосредственного управления принтером требовалось еще и умение программирования плат Arduino. Остальные компоненты (крепежные детали и шестерни) изготавливались на «принтере-родителе», в результате чего получался «принтер-ребенок», который мог произвести уже своих «детей». Принтеры такого типа были способны печатать объекты размером до 200×200×200 мм, но по качеству поверхности и точности они обычно уступали требованиям для профессионального использования. Однако и эти дешевые самодельные принтеры были важным шагом. Вскоре 3D-печать уже стала приемлемой для создания моделей и их концептуальных прототипов, хотя еще оставались проблемы с устойчивостью таких прототипов к физическим нагрузкам. Но если есть рынок, то рано или поздно появятся и люди, готовые рискнуть и пойти дальше по пути инновации. В серийном производстве технология FDM впервые была применена компанией Oreck. С помощью FDM компания Oreck выпускала достаточно прочные детали для сборки пылесосов (рис. 6).

В 2010 г. благодаря канадской инженерной группе KOR Ecologic появился Urbee (рис. 7) — первый в мире гибридный автомобиль с футуристическим внешним видом, в котором кузов, некоторые детали экстерьера и интерьера были распечатаны на 3D-принтере компании Stratasys [6]. Коэффициент аэродинамического сопротивления второго прототипа этого автомобиля, Urbee 2, — всего 0,149. От наплавления расплавом, поступающим из бункера, что далеко не всегда удобно, трехмерная печать перешла к использованию специальной нити (технология Fused Filament Fabrication, или FFF), но по сути эта технология так и осталась методом послойного наплавления. Печать в любом случае осуществляется с помощью экструдера. Пластиковая нить из акрилонитрилбутадиенстирола (ABS), полилактида (PLA) или полиэтилентерефталата (PET) расплавляется в экструдере (обычно нагревается только наконечник), а затем так же, слой за слоем, наносится на заготовку. Иногда для придания жесткости детали в пластиковые нити добавляют наполнители — металлические порошки, микроуглеродные или арамидные (кевларовые) волокна. Нельзя сказать, что технология FDM — процесс простой, но все же она значительно проще и эффективнее стереолитографии. Для того чтобы получить нужный результат, необходимо учитывать параметры материала и непосредственно самого процесса, который легче регулировать при использовании пластиковой нити. Так, если среда печати слишком холодная, то свеженанесенные слои могут не связываться с предыдущими слоями. Если же среда слишком нагретая, то деталь может деформироваться под силой своего веса. Хотя сейчас имеются принтеры с закрытыми корпусами, даже в этом случае необходим некоторый опыт для установки необходимой температуры камеры, экструдера и нагретого основания. Причем эти параметры требуется подбирать для каждого типа используемой нити. Еще одна проблема FDM заключается в том, что уровень слоя должен быть шире в горизонтальном направлении (X и Y), чем в вертикальной плоскости (Z). Чтобы сохранить геометрию детали и упростить ее печать, можно использовать принтеры с двумя экструдерами. Дополнительный экструдер применяется для печати опорных

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

ЦИФРОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО И АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ I 51

конструкций, которые, когда процесс печати объекта уже полностью завершен, удаляются лимоненом (1-метил4-изопропенилциклогексен-1, углеводород группы терпенов) или водой. Цена такого принтера большого объема составит около €15 000 — стоимость типичной машины Gigabot, которая может печатать объекты с габаритами до 590×760×900 мм. Существуют и еще более крупные принтеры, которые обычно используются для изготовления крупномасштабных моделей и создания функциональных прототипов. К примеру, компания Volvo Construction Equipment (VCE) использует подобные 3D-принтеры компании Stratasys для создания полнофункциональных прототипов корпусов водяных насосов и для изучения особенностей циркуляции в них воды. Такой насос представлен на рис. 8. Если применять для прототипирования пластик, а не металл, можно снизить затраты на 90%, но, несомненно, более важным является сокращение времени получения прототипа. По оценкам VCE, компания уменьшила время отработки дизайна до рабочего проекта с двадцати до двух недель. Ее косвенным, но важным преимуществом было то, что для визуального анализа поведения потоков жидкостей можно использовать прозрачный пластик. Что касается металлических деталей, один из старейших способов их создания — литье по выплавляемым моделям — известен с глубокой древности. Он применяется для изготовления деталей высокой точности и сложной конфигурации, которые невозможно выполнить с помощью других методов литья (например, лопатки турбин и т. п.). Для этого используется точная модель, которая обычно изготавливается из парафина, стеарина или, в простейшем случае, из воска. Затем для получения литьевой формы модель покрывается глиной или цементом, далее высушенную форму нагревают, воск расплавляется, и его просто выливают. В готовую форму заливают жидкий металл, который после остывания принимает форму исходной модели. Хотя за тысячелетия этот процесс несколько изменился, но принцип и используемые материалы остались прежними. При крупномасштабном производстве, например ювелирных украшений или деталей машин, требуется изготавливать большое число восковых позитивов. Их, как прави-

ло, отливают в разборную форму, которую можно использовать многократно. 3D-печать позволяет распечатывать восковые позитивы индивидуально. Применяя технологию литья по выплавляемым восковым моделям, можно выпускать небольшие одноразовые серии деталей или непосредственно создавать пресс-формы для позитивов. Для стандартных настольных 3D-принтеров могут использоваться такие восковые нити, как Moldlay, которые плавятся при температуре +170 °C. Это выше, чем у воска, обычно применяемого для цементной пресс-формы, поэтому требуется проработать возможность ее использования, чтобы понять, может ли процесс литья сторонней компании справиться с такими температурами. Сегодня также разработаны и выпускаются специализированные 3D-принтеры для изготовления моделей зубных протезов и ювелирных изделий. В них используют нити с температурой плавления +70 °C, а сам процесс гарантирует точность печати не хуже 0,025 мм. Хорошо подходят для этого процесса и дают результаты, требующие лишь незначительной доработки заготовок, такие 3D-принтеры, как Systems Project 3500 CPXMax, но они продаются по цене €65 тыс. В стоматологии 3D-печать весьма эффективна, и есть хороший шанс, что ваша следующая зубная коронка или мост будут изготовлены по трехмерной восковой форме на 3D-принтере. Еще одна отрасль, в которой интенсивно внедряется технология 3D-печати, — строительная. Лидерами в этой области выступают китайские компании. Так, шанхайская компания WinSun в свое время напечатала целых десять домов менее чем за 24 часа. Однако ей недолго удавалось занимать лидирующее положение: сегодня она обрела достойного конкурента в лице компании Beijing HuaShang Tengda Industry and Trade. Последней в 2016 г. удалось воплотить в реальность беспрецедентный проект: возвести в районе Тунчжоу в Пекине впечатляющую «напечатанную» виллу площадью 400 кв. м всего за 45 дней. Печать велась непосредственно на строительной площадке. Использовались гигантские принтеры и усиленный бетон, подаваемый через специально сконструированные насадки (рис. 9), что позволило создать стены толщиной до восьми футов. В завер-

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

РИС. 8. Прозрачный насос компании Volvo Construction Equipment, изготовленный методом 3D-печати

шение дом подвергли незначительной финишной отделке и покраске. Первое трехмерное офисное здание, спроектированное британской архитекторской фирмой Gensler, было построено в Дубаи (ОАЭ). Строители этой компании надеются, что к 2030 г. методом трехмерной печати будут выполнены 25% возводимых ими зданий. Также в перечень успешных применений 3D-печати с использованием бетона можно включить и «напечатанную» в Италии деревню Шамбалла. ЛИТЕРАТУРА 1. Rencontre avec Alain Le Méhauté, l’un des pères de l’impression 3D! www.primante3d.com/inventeur/ 2. History of Invention. www.stratasys.com/j750/history 3. Schlenker М. 3D Printing: From Toy to Tools, Smart Industry // The IoT Business Magazine. Avnet Silica. 2017. www. smart-industry.net/3d-printing-toy-tools-2 4. Рентюк В. Шаговые двигатели и особенности их применения // Компоненты и технологии. 2013. №10. 5. Рентюк В. Шаговые двигатели: промышленные решения // Компоненты и технологии. 2014. №8. 6. Urbee — First 3D Printed Car Body Goes For A Test Drive. October 2011. www.youtube.com/watch?v=FOh_m9pPvDo

РИС. 9. Процесс печати виллы: а) 3D-принтер; б) готовый результат

52 I НАЗВАНИЕ РУБРИКИ

ТЕХНОЛОГИИ DMT ДЛЯ 3DПЕЧАТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ. ЧАСТЬ 1 АЛЕКСАНДР ЗУБКОВ zubkov@dipaul.ru

В статье приводится описание инновационной технологии 3D-печати металлических изделий — Direct Metal Tooling, которая позволяет печатать аддитивным методом детали размером до 4000 мм из широкого спектра металлических сплавов.

Луч лазера

Оптическая система

Защитный газ Подача порошка

Камера для оптического контроля толщины слоя Рабочий стол

РИС. 1. 3D-печать по технологии Direct Metal Tooling РИС. 2. Пример выращенного изделия сложной геометрической формы на 3D-принтере InssTek

Камера для оптического контроля толщины слоя Выращенная деталь Выращенная или восстанавливаемая деталь

ПРОЦЕСС DMT DMT относится к новейшим процессам производства металлических изделий. В этой аддитивной технологии применяется направленная энергия, поэтому осаждение материала происходит в конкретной точке построения (рис. 1). Иными

словами, в отличие от селективного лазерного спекания или сплавления при использовании DMT-технологии не формируется слой строительного материала на поверхности, а материал подается в точку построения, куда подводится энергия и где идет процесс создания детали. CAD-модель изделия загружается в 3D-принтер. Специализированным программным обеспечением данная модель разбивается на слои, затем слой за слоем «выращивается» деталь. Лазерный луч высокой мощности формирует на поверхности металла зону расплава, куда дозированно подается металлический порошок. Он полностью расплавляется лазерным лучом и быстро отверждается в этой зоне. Благодаря подвижной лазерной системе, в которую также интегрированы каналы для подачи порошков и защитного газа, и 3или 5-осевому поворотному столу, где формируется деталь, лазерный луч перемещается в соответствии с программой, заданной геометрией изделия, и таким образом происходит послойное построение детали. Одним из ключевых условий для достижения высокой точности 3D-печати является настройка определенной толщины наплавляемого слоя металла. DMT-принтеры компании InssTek, о которых пойдет речь в этой статье, оснащены системой контроля с обратной связью. С помощью встроенных CCD-камер она измеряет толщину слоя и регулирует параметры в процессе печати. В принтерах компании InssTek также существует возможность выбора трех стандартных модулей для системы подачи порошка — 150, 250

и 400 мкм. В соответствии с требованиями толщина слоя может варьироваться в пределах 100–1000 мкм. МЕТОДЫ ПРОИЗВОДСТВА Простой метод построения Это метод производства металлических изделий с нуля — когда имеется лишь 3D-модель и металлическая подложка, на которой планируется вырастить будущее изделие (рис. 2). Гибридный метод построения Для сокращения времени 3D-печати и снижения расходов на материал, вне зависимости от размеров и сложности изделия, предусмотрена возможность совмещения традиционных методов механической обработки и 3D-печати по DMT-технологии (рис. 3). При изготовлении изделий сложной геометрической формы можно использовать заготовку, созданную, например, на фрезерном станке или методом литья, а основную формо-образующую часть изделия «вырастить» на 3D-принтере. При этом геометрия поверхности заготовки не обязательно должна быть плоской, может иметь произвольную форму. ОСНОВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ТЕХНОЛОГИИ DMT Рассмотрим основные технологические возможности установок InssTek и преимущества технологий DMT перед другими методами производства металлических изделий. Размер изделий Технология DMT позволяет изготавливать металлические изделия

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

ЦИФРОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО И АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ I 53

неограниченных размеров. Инженеры компании InssTek разработали установку с максимальной рабочей зоной до 4000 мм, но есть возможность изготовить на заказ и более вместительную машину при возникновении у предприятий потребности в 3D-печати металлических деталей большего размера. Базовый принцип технологии DMT позволяет масштабировать рабочую зону в требуемых пределах. Механические свойства изделий Металлические детали, напечатанные на 3D-принтерах InssTek, обладают практически 100%-ной плотностью, отсутствием внутренних дефектов и точек роста дислокаций и, как следствие, высокой механической прочностью на уровне кованых изделий (рис. 4). При этом, в отличие от технологий на базе выборочного плавления (SLM/DMLS/DMP), в рамках постпроцессинга для отжига дефектов не требуется проводить термообработку изделий. В таблице 1 приведен сравнительный анализ механических свойств изделий, изготовленных методами DMT и ковки. Изготовление изделий из композитных металлических сплавов При использовании одновременно нескольких материалов 3D-принтер InssTek позволяет изготавливать детали, состоящие из слоев двух и более различных металлических сплавов, получая композитные изделия с заданными свойствами и требуемой геометрией (рис. 5). При этом соединение слоев осуществляется на молекулярном уровне.

ТАБЛИЦА 1. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИЗДЕЛИЙ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ТРАДИЦИОННЫМИ МЕТОДАМИ И ПО ТЕХНОЛОГИИ DMT Материал Сталь H13 (традиционные методы) Сталь H13 (DMT, длина) Сталь H13 (DMT, ширина) Сталь P21 (традиционные методы) Сталь P21 (DMT, длина) Сталь P21 (DMT, ширина)

UTS (МПа)

YS (МПа)

Удлинение (%)

HRC

1821

1385

1927

1066

1998

1477

958

857

920

793

1090

1016

РИС. 3. Последовательность изготовления при гибридном методе производства: а) 3D-модель требуемого изделия; б) подготовка изделия для гибридного метода производства с помощью технологии DMT; в) изделие в процессе 3D-печати; г) полученное изделие на 3D-принтере до механической постобработки; д) изделие после механической постобработки

DMT (длина, ширина) — образец для испытаний, выращенный по технологии DMT в различных направлениях из сталей марок H13 и P21; UTS (Ultimate Tensile Strength) — предел прочности на разрыв; YS (Yeld Strength) — предел прочности на растяжение; HRC (Rockwell Hardness) — твердость по Роквеллу, шкала C.

металлических деталей, подверженных износу в процессе эксплуатации. Ремонтируемое изделие устанавливается в рабочую зону 3D-принтера, цифровая 3D-модель базовой детали загружается в машину, и система в автоматическом режиме производит наплавку требуемым материалом до восстановления изначальной геометрии износившегося изделия.

Нанесение защитных покрытий Защитные покрытия наносятся на металлические изделия методом наплавки (рис. 6) и предохраняют детали от механического износа и воздействия агрессивной внешней среды в процессе эксплуатации. Нанесение защитных покрытий значительно увеличивает срок службы деталей. Восстановление и ремонт металлических изделий Технология InssTek Auto tracking предназначена для восстановления CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

Выращен на Inss Tek

РИС. 4. Металлографический анализ изделия, изготовленного традиционным методом и наплавленной по технологии DMT частью. Видно отсутствие внутренних дефектов в структуре выращенного изделия

Основа (традиционная мех. обработка)

РИС. 5. Образец, изготовленный по технологии DMT из нескольких металлов: пример наплавления на медную подложку (AMPCQ940), полученную традиционными методами, стали (SUS420), медного сплава (Al-bronze) и никелевого сплава (Inconel 718)

54 I ЦИФРОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО И АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ УСТАНОВОК Сегодня линейка оборудования компании InssTek представлена 3D-принтерами, внешний вид которых показан на рис. 7, а основные технические характеристики приведены в табл. 2.

РИС. 6. Литьевая форма для головки блока цилиндров двигателя. Основа изготовлена из стали H13, антикоррозионное покрытие выполнено из сплава Hastelloy C22 методом DMT

Контроль 3D-печати осуществляет встроенная оптическая система сканирования. Области применения: ремонт турбинных лопаток, узлов авиационных двигателей, восстановление пресс-форм термопластавтоматов и других металлических изделий, подверженных механическому износу в процессе эксплуатации.

диаметром до 1800 мкм (микрон) в зависимости от типа модуля (табл. 3) и направляет его на поверхность металлической подложки/детали. В результате поверхность металла достигает температуры плавления и образуется локальная зона расплава на поверхности подложки/детали. В образованную зону расплава через сопла, расположенные на насадке SDM-модуля, подается металлический порошок, который плавится и быстро застывает. Модуль SDM перемещается по заданной программе (в зависимости от геометрии изделия), и процесс повторяется. Таким образом слой за слоем «выращивается» (или восстанавливается) деталь. Модуль SDM крепится на несущей пластине внутри корпуса принтера с возможностью перемещения по осям X, Y, Z с точностью позицио-

ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ МОДУЛЕЙ SDM Стандартный SDM-модуль предназначен для формирования металлического слоя (наплавления) на поверхности металлической подложки/ детали и используется как основная часть при 3D-печати металлическим порошковым материалом (рис. 8–9). Оптическая система (mirror optics) стандартного SDM-модуля фокусирует мощность, сгенерированную лазерной системой, в пучок

ТАБЛИЦА 2. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 3DПРИНТЕРОВ INSSTEK Модель Рабочая зона, мм Мощность лазера, кВт Модули SDM Максимальное количество питателей Количество осей

РИС. 7. Линейка 3D-принтеров компании InssTek: а) MXMini; б) МХ-400; в) МХ600; г) МХ-1000; д) DMT специального назначения; е) МХ-Grande (два последних произведены по требованиям заказчика)

MX-Mini 200×200×200 0,3 (опц. 0,5) 500/800

MX-400 400×450×300 0,5 (опц. 1) 500/800/1200

MX-600 600×450×350 1 (опц. 2) 500/800/1200

MX-1000 MX-Grande 1000×800×650 4000×1000×1000 1 (опц. 2) 5 500/800/1200 1200

е #4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

ЦИФРОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО И АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ I 55

ТАБЛИЦА 3. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАНДАРТНЫХ МОДУЛЕЙ SDM Тип модуля наплавления Толщина слоя, мкм Скорость печати, см3/ч Шероховатость поверхности, Ra

SDM-800 300 10–20 15

SDM-1200 450 20–40 20

SDM, позволяют организовать замкнутую систему контроля качества печати в реальном времени: камеры фиксируют количество наплавленного порошка (толщину слоя), таким образом обеспечивая заданную точность изготовления.

нирования до 50 мкм и подключается оптоволоконным кабелем со специализированным разъемом к лазерной системе. На пластине также закрепляются питатели объемом 0,6 или 1 л, в которые загружается рабочий материал (металлический порошок). Имеется возможность загрузки и работы с тремя порошками одновременно, что позволяет изготавливать части (наплавку) из нескольких материалов. Рабочий материал (coaxial powder) в инертной среде (shielding gas, обычно аргон) по каналам подачи подается к соплам (nozzle), расположенным на насадке модуля SDM. При достижении заданной программой координаты в соответствии с 3D-моделью порошок дозированно подается в зону расплава. В модуле используется система регулировки скорости подачи материала, а камеры (ССDкамера), расположенные на модуле

SDM-500 150 5–10 10

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

Лазерный луч Порошок Защитный газ Оптический контроль

РИС. 8. Функциональная схема 3D-печати по технологии DMT

РИС. 9. Нанесение защитного покрытия на литейную оснастку по технологии DMT

56 I НАЗВАНИЕ РУБРИКИ

3DПЕЧАТЬ ПО НОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ MOVINGLIGHT

АЛЛА АСПИДОВА ИВАН ПАПУША 3d@ostec-group.ru

Аддитивные технологии сегодня уверенно завоевывают себе место в производственном процессе. 3D-принтер давно перестал быть игрушкой в руках энтузиастов-экспериментаторов и превратился в средство производства или, как минимум, в технологическое звено — например, GE успешно использует металлическую 3D-печать в производстве газотурбинных двигателей. А благодаря созданию новых материалов даже давно известные технологии, такие как стереолитография (SLA) или наплавка пластиковой нити (FDM), могут обрести второе дыхание и открыть больше возможностей для применения.

РИС. 1. Рабочая область 3D-принтера Prodways, работающего по технологии MOVINGlight

Если еще 10 лет назад в России 3D-принтеры использовались только на некоторых закрытых предприятиях, то в течение ближайшей декады мы вполне можем увидеть изменение привычных циклов и принципов производства за счет внедрения аддитивных технологий в промышленных масштабах. Кроме того, у нас уже идет активная работа по стандартизации и регламентации использования 3D-принтеров в производстве на государственном уровне. ООО «Остек-СМТ» не только предлагает оборудование для промышленной 3D-печати, но и про-

водит собственные исследования, дающие возможность выгодно применять уже существующие технологии для решения сложных задач. Данная статья позволит по-новому взглянуть на стереолитографию, или 3D-печать светоотверждаемым фотополимером. ПРЕИМУЩЕСТВА ТЕХНОЛОГИИ MOVINGLIGHT Развитию технологий 3D-печати положила начало стереолитография. Она появилась в 1980-х гг. в США, затем применялась

и в СССР. Суть ее достаточно проста: построение модели происходит в баке с жидким фотополимером, посредством программного обеспечения изделие виртуально разбивается на слои, а ультрафиолетовый лазер, установленный над баком, засвечивает фотополимер по форме каждого слоя. В 2010-х гг. технологию модернизировали: в MOVINGlight вместо медленного лазера используется быстрый ул ь т р а ф и ол е т о в ы й п р о е к т о р , который, перемещаясь, позволяет повысить скорость производства изделий до десяти раз. Кроме того, стал доступен более широкий спектр применяемых материалов: от высокотемпературных пластиков до био- и оксидной (технической) керамики (рис. 1). Результат печати по технологии MOVINGlight — точные пластиковые и керамические изделия (до 0,1% от линейных габаритов) с высоким качеством поверхности: Ra составляет 0,5–5 мкм. Аппаратное разрешение такого 3D-принтера дает возможность печатать 605 × 605 × 1016 dpi (разрешение порядка 40 мкм). Благодаря габаритам печатающей зоны технологию MOVINGlight можно применять для печати как небольших, так и крупных изделий — до 800 × 330 × 400 мм. Многообразие доступных материалов предусматривает использование многофункционального принтера, а также позволяет внедрять эффективные решения для послойного аддитивного наращивания во многих областях, включая биомедицину и промышленность (таблица).

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

ЦИФРОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО И АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ I 57

ТАБЛИЦА. ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ТЕХНОЛОГИИ MOVINGLIGHT PLASTCure Model 100*

PLASTCure Model 300*

PLASTCure Clear 100*

PLASTCure Clear 200*

Внешний вид

Непрозрачный материал бежевого цвета

Непрозрачный материал бежевого цвета с красноватым оттенком

Прозрачный материал

Плотность жидкости (г/см3)

1,113

1,105

1,113

1,103

Вязкость при +28 °С (сП)

600–700

300–400

600–700

500–600

Твердость (по Шору, по шкале D)

85–90

80–85

85–90

Прочность на растяжение А5ТМ D638 (МПа)

н/д

Удлинение на разрыв ASTM D638 (%)

н/д

Модуль упругости на растяжение ASTM D638 (МПа)

н/д

Остаточная зольность

Неприменимо

Предел прочности на изгиб ASTM D790-10 (МПа)

75–85

110–120

80–90

110–120

Модуль упругости на изгиб ASTM D790-10 (МПа)

1900–2100

2300–2500

2000–2200

2400–2600

Ударная вязкость по Изоду ASTM D256A (Дж/м)

н/д

Теплостойкость на изгиб при 0,46 МПа ASTM D648 (°С)

н/д

Технические характеристики

• Простое построение • Высокая точность деталей. и хорошая разрешающая • Высокая точность способность. изготовления компонентов. • Возможность • Качественный внешний вид. изготавливать изделия с острыми краями и высоким уровнем детализации. • Высокая прочность неспеченного материала и хорошие механические свойства.

• Ультрапрозрачный материал. • Конечные изделия биосовместимы. • Удовлетворяет критериям по раздражению, сенсибилизации и цитотоксичности для биологической оценки медицинских изделий (DIN ISO 10993). • Можно подвергать стерилизации паром в течение продолжительного времени (>15 мин).

• Ультрапрозрачный материал.

Примеры стандартного применения

Изготовление всего спектра моделей зубного ряда: от пломбирования до ортодонтического лечения.

Широкий спектр медицинского применения: например, хирургические шаблоны или модели.

Широкий спектр применения в областях, где требуются прозрачные материалы: например, хирургические шаблоны или модели.

Изготовитель

Dreve

Prodways

Dreve

Prodways

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

58 I ЦИФРОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО И АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

ТАБЛИЦА. ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ТЕХНОЛОГИИ MOVINGLIGHT PLASTCure Cast 100* Внешний вид Плотность жидкости (г/см3) Вязкость при +28 °С (сП) Твердость (по Шору, по шкале D) Прочность на растяжение А5ТМ D638 (МПа) Удлинение на разрыв ASTM D638 (%) Модуль упругости на растяжение ASTM D638 (МПа) Остаточная зольность Предел прочности на изгиб ASTM D790-10 (МПа) Модуль упругости на изгиб ASTM D790-10 (МПа) Ударная вязкость по Изоду ASTM D256A (Дж/м) Теплостойкость на изгиб при 0,46 МПа ASTM D648 (°С)

Технические характеристики

Полупрозрачный материал красного цвета

PLASTCure Cast 200* Полупрозрачный материал оранжевого цвета

PLASTCure Rigid 10 500*

PLASTCure ABS 3650*

PLASTCure ABS 2800*

Непрозрачный материал цвета слоновой кости

Прозрачный материал

Материал белого цвета

1,095

1,114

1,595

1,109

100–200

250–300

650–750

100–200

140–150

80–85

85–90

90–95

85–90

40–50

н/д

55–60

3–4

н/д

1–2

3–5

2300–2500

н/д

10000–11000

2600–3650

2700–3000

<0,1%

Неприменимо

90–100

65–75

100–140

90–100

100–110

2300–2500

1600–2000

8000–10000

2000–2200

2600–3000

н/д

132

н/д

• Высокая реакционная способность и низкая вязкость. • Высокая прочность неспеченного материала, хорошая стабильность геометрических размеров. • Подходящие качества для выжигания и низкое содержание остаточного вещества. • Можно размещать непосредственно при температуре +800 °С.

Примеры стандартного применения

Отвечает высоким требованиям, предъявляемым к цифровому моделированию.

Изготовитель

Dreve

• Хорошая реакционная способность и низкая вязкость. • Высокая точность. • Возможность изготавливать детали с острыми краями. • Подходящие характеристики для выжигания с зольностью, практически равной нулю.

• Хорошее детальное • Хорошая химическая разрешение и качество стойкость. боковых стенок. • Высокая прозрачность. • Простота обработки. • Быстрая адаптация • Улучшенные материала к широкому термомеханические спектру строительных свойства. условий. • Ручная обработка не требуется.

• Хорошая химическая стойкость. • Высокая прозрачность. • Быстрая адаптация материала к широкому спектру строительных условий. • Ручная обработка не требуется.

Подходит для изготовления деталей, требующих тепловой Хорошо подходит Хорошо подходит устойчивости, высокой точности и быстрого для применения для применения цикла обработки. в медицине, электронной, в медицине, электронной, аэрокосмической аэрокосмической А также для изделий, и автомобильной и автомобильной испытываемых в аэродинамической областях областях промышленности, трубе и используемых промышленности, Хорошо подходит в уникальных в которых требуются в которых требуются для прямого литья по изделия изделия областях применения, выплавляемым моделям с низкотемпературной с низкотемпературной подвергаемых или применения скоростной механической вулканизацией, прочные вулканизацией, прочные в стоматологии. обработке или концептуальные модели, концептуальные модели, высокотемпературным высокая точность, высокая точность, а также изделия, а также изделия, испытаниям, устойчивые устойчивые применяемых в качестве к воздействию влаги трубок для прокладки к воздействию влаги и температуры. электропроводки и температуры. и кожухов в автомобильной промышленности. Prodways DSM Somos DSM Somos DSM Somos #4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

ЦИФРОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО И АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ I 59

ВАРИАНТЫ ПРИМЕНЕНИЯ За счет перечисленных в таблице характеристик материалов технология MOVINGlight подходит не только для печати высокоточных прототипов (рис. 2), но и для создания промышленной оснастки, а в некоторых случаях и конечных изделий. Рассмотрим примеры использования данной технологии в таких областях, как печать пластиком, литье и 3D-MID. Напечатанные по технологии MOVINGlight прототипы уже сейчас используют как мастер-модели для литья в силикон, но наиболее интересным применением в производстве оснастки является прямая 3D-печать пластиковых пресс-форм для инжекционного литья пластиков, а также для вакуумной формовки. Для данных задач применяется температуростойкий материал PLASTCure Rigid 10500 с добавлением керамического порошка. Температура, которую выдерживают формы из такого материала, зависит от геометрии отливаемой детали и охлаждающих каналов. Теплостойкость на изгиб при 0,46 MПa ASTM D648 у этого керамонаполненного пластика составляет +132 °C, однако после закалки можно получить теплостойкость на изгиб при 0,46 MПa ASTM D648 порядка +260 °C. Чтобы проверить возможности технологии MOVINGlight в производстве пресс-форм под мелкосерийное инжекционное литье, компания Prodways, производитель 3D-принтеров, провела эксперимент. Из материала PLASTCure Rigid 10500 была напечатана двухкомпонентная пресс-форма для инжекционного литья пластиков с учетом особенностей 3D-печати. Задачей являлось изготовление не менее 250 отливок из полипропилена и полиформальдегида и не менее 30 отливок из стеклонаполненного полиамида. Размеры деталей — малые и средние, в данном случае использовались инжекционные машины на 50–100 тонн. Заданное количество отливок получить удалось, и эксперимент был признан успешным (рис. 3). После этого были проведены испытания по литью более широкого круга пластиков. В результате получено несколько сотен отливок из полипропилена (PP), полиэтилена (PE), полистирола (PS), АБСпластика (ABS), термопластичных

эластомеров (TPE), полиформальдегида (POM), сплава поликарбоната и АБС-пластика (PC+ABS) и полиамида (PA). Также несколько десятков отливок можно сделать из стеклонаполненного полиамида (PA+GF), стеклонаполненного полиформальдегида (POM+GF) и стеклонаполненного поликарбоната (PC+GF). Преимущество технологии MOVINGlight состоит в том, что опытную партию пластиковых отливок можно изготовить быстро и с минимальными финансовыми и временными затратами на производство оснастки. Пресс-форма проектируется в САПР и затем просто печатается на 3D-принтере. В итоге опытное производство можно сократить с нескольких месяцев до одной недели при качестве изделий, аналогичном отливкам в алюминиевые пресс-формы. Еще одно доступное использование MOVINGlight в сочетании с керамонаполненным пластиком PLASTCure Rigid 10500 — печать оснастки для вакуумной формовки ограниченной серии изделий либо опытной партии. Преимущества в этом случае аналогичны, пример такого применения приведен на рис. 4. Возможность печатать сетчатые внутренние структуры оснастки для формовки позволяет равномернее вакуумировать ее, что, в свою очередь, позволяет добиться более плотного прилегания разогретого листа материала и получить изделие более высокого качества. Такая оснастка изготавливается примерно за два дня и может использоваться для диапазона от 10 до 100 формовок. «Остек-СМТ» провел собственные опытные работы по применению технологии MOVINGlight в создании трехмерных схем на пластиках (3D-MID), которые состоят из литых термопластиковых оснований с интегрированной системой соединений. Изделия на пластиках позволяют упростить конструкцию, сократить количество сборочных единиц и вес изделия, а также повысить его надежность. Кроме того, они являются более экологичными по сравнению с обычными печатными платами, хотя их не заменяют, а скорее дополняют. Ключевые рынки для 3D-MIDтехнологии — автомобильная электроника и телекоммуникации. Помимо них, 3D-MID также подходит для компьютеров, бытовой техники и медицинских технологий.

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

РИС. 2. Функциональный прототип, напечатанный из керамонаполненного пластика

РИС. 3. Пресс-форма из керамонаполненного пластика PLASTCure Rigid 10500 (а), а также отливки, произведенные в эту пресс-форму (б)

Между макетированием и серийным производством есть несколько этапов создания прототипов, однако для единичного или мелкосерийного производства создание прототипов обычно бывает либо невозможным,

РИС. 4. Изделия, произведенные вакуумной формовкой по оснастке из керамонаполненного пластика PLASTCure Rigid 10500

60 I ЦИФРОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО И АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Частота, МГц

РИС. 5. Диэлектрическая проницаемость материала PLASTCure Rigid 10500

РИС. 6. Пример прототипа корпуса с нанесенной на него рабочей Wi-Fi-антенной

либо дорогим. Решить эту проблему можно с помощью технологии MOVINGlight. Для печати прототипов изделий с трехмерными схемами (рис. 5) был выбран материал PLASTCure Rigid 10500, обладающий, помимо высокой температуростойкости, приемлемыми показателями диэлектрической проницаемости. Пластиковые

основания для изделий были напечатаны из него, а трехмерная схема нанесена на основание с помощью технологии аэрозольной печати проводящим материалом AJP (Aerosol Jet Printing), в данном случае — серебряным аэрозолем. На рис. 6 показан пример прототипа корпуса с нанесенной на него рабочей Wi-Fi-антенной, изготовленной в производственном

центре «Остек-СМТ» с применением технологии MOVINGlight. Таким образом, MOVINGlight позволяет создавать штучные продукты и прототипы изделий 3D-MID, а именно — пластиковые температуростойкие подложки, что, в свою очередь, открывает новые возможности для радиоэлектронной индустрии. Технология MOVINGlight стала достойным обновлением уже проверенной технологии SLA. Высокие характеристики новых материалов позволяют использовать 3D-принтер не только для производства высокоточных прототипов из пластиков для конструкторского бюро, но и для оперативного и качественного изготовления оснастки для литья пластиков и вакуумной формовки, а также недорогих пресс-форм для мелкосерийного инжекционного литья пластиков. Кроме того, появилась возможность создавать изделия 3D-MID для радиоэлектронных производств — например, антенны на корпусах приборов различной формы и сложности.

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

НАЗВАНИЕ РУБРИКИ I 61

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

62 I НАЗВАНИЕ РУБРИКИ

ИТОГИ КОНФЕРЕНЦИИ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ 4.0 РАМИЛЬ РАХМАНКУЛОВ ramil.rahmankulov@fsmedia.ru

24 мая в Санкт-Петербурге прошла бизнес-конференция «Промышленность 4.0». Организатором уже второй по счету конференции выступила компания Rittal, объединив на одной площадке решения от ведущих поставщиков в области инженерно-технических разработок, корпусного оборудования и автоматизации: Rittal, Eplan, Phoenix Contact и Siemens.

Мероприятие было посвящено использованию технологий промышленного «Интернета вещей», больших данных и облачных технологий при проектировании систем управления и собрало представителей ведущих предприятий Северо-

РИС. 1. Продукция компании Rittal: малый настенный распределительный шкаф, Rittal Ri4Power c выкатными ячейками и сетевой шкаф серии TS IT с обзорной дверью

Западного региона, которые смогли ознакомиться с новыми продуктами и решениями и узнать о тенденциях развития промышленности (рис. 1). Главной темой мероприятия стала «Промышленность 4.0» — чет-

вертая промышленная революция, которая предполагает внедрение кибермеханических систем и цифровых технологий (облачных сервисов, больших данных и «Интернета вещей»), способных самостоятельно себя обслуживать, проводить аналитику и адаптировать технологический процесс под различные задачи предприятия. Представители компаний анонсировали новую продукцию, произведенную в соответствии с этой концепцией, а также поделились в докладах своим взглядом на потенциальные точки роста российской промышленности. Так, системный консультант компании Rittal рассказал о таких тенденциях, связанных с «Промышленностью 4.0», как виртуализация процессов, сквозное проектирование и интеллектуальное производство. Одним из часто затрагиваемых вопросов на конференции оказалось собственное проектирование шкафов управления. Cамостоятельная сборка

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

ЦИФРОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО И АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ I 63

для фабрик будущего. Также было рассмотрено несколько историй успешных применений продуктов, что представляло практический интерес для посетителей мероприятия. В докладах также шла речь о виртуализации процесса разработки изделий как о средстве снижения начальных вложений в продукт,

с Rittal позволяет согласовать набор инструментов для виртуального инжиниринга (рис. 2). Собственное планирование снижает стоимость реинжиниринга и сокращает сроки реализации проекта. Немаловажной в этом вопросе является и автоматизация процесса сборочного производства. Она позволяет получить: • высокую скорость обработки заготовок; • исключение человеческого фактора; • быструю перенастройку параметров: штучное изготовление по цене серийного. Сотрудники компании Phoenix Contact представили на конференции новинки продукции и выступили с докладом о практической реализации принципов концепции «Индустрии 4.0». Специалисты компании EPLAN, которая занимается поставкой программного обеспечения для разработки систем управления, рассказали о новых возможностях в создании цифрового предприятия. Представитель Siemens поделился опытом компании в проектировании решений

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

приводящего к более конкурентоспособной выходной стоимости продукта. «Промышленность 4.0» дает возможность выпустить продукт на новые рынки, провести мониторинг преимуществ и недостатков продукции, а также отследить особенности эксплуатации и узнать пожелания пользователей.

РИС. 2. Решения Rittal для создания центра обработки данных

64 I НАЗВАНИЕ РУБРИКИ

BOSCH REXROTH: ОТ ЖЕЛЕЗНОГО МОЛОТА ДО АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ЛИНИИ

ЮЛИЯ ЕРОШИНА sales@boschrexroth.ru

Люди, промышленные агрегаты, инновационные решения, партнеры, важные встречи и мероприятия — копилка компании Bosch Rexroth хранит в себе 222 года ценного опыта и значимых открытий. РИС. 1. Основатель компании Георг Людвиг Рексрот

РИС. 2. Гидросистема Rexroth (1952 г.)

РИС. 3. Департамент конструирования Mannesmann Rexroth AG (1973 г.)

РИС. 4. Гидравлический цилиндр Mannesmann Rexroth AG (1977 г.)

История бренда Rexroth началась в 1795 г. в долине реки Эльзава в Шпессарте (Германия), когда Георг Людвиг Рексрот (Georg Ludwig Rexroth) (рис. 1) внедрил в производство железный молот на водяном приводе. Продвигая новые решения и приобретая доверие клиентов, уже в 1850 г. он смог приобрести первый собственный чугунолитейный завод и разработать вагранку для специализированного литья высокого качества. Уже через 50 лет компании удалось повлиять на мировой технологический сдвиг: она запустила производство стандартизированных гидравлических компонентов и гидросистем. С этого момента начинается активное развитие этого направления: создаются первый шестеренный насос для передвижных рабочих машин и клапаны блочной конструкции, решения по расположению и монтажу которых открыли новые возможности применения гидравлики во всех областях промышленности (рис. 2). Также важным видом продукции стали элементы для мобильных машин: была разработана двухконтурная система управления экскаваторами, а также налажен серийный выпуск радиально-поршневых насосов. Один из ключевых моментов развития компании — создание электронной системы с пропорциональными клапанами, которая предназначена для оптимизации производства

и объединяет преимущества гидравлики и электрики в единое целое. Заметив стабильный рост компании Rexroth и оценив перспективы ее развития, в 1975 г. компания Mannesmann AG приобрела 100% акций производства. Новые инвестиции, специалисты и мощности позволили расширить серийное производство сервоклапанов, аксиально-поршневых насосов и моторов (рис. 3–4). В ко н ц е Х Х в е к а ко м п а н и я Mannesmann Rexroth AG начала принимать активное участие в проектах, для реализации которых были необходимы сложные технические решения и нестандартные применения: к примеру, сценическое оборудование для фестиваля в Байтере, гидравлический пульсатор для Европейского космического агентства, ввод в эксплуатацию крупнейшего в мире трубоукладочного судна «Солитер» и оснащение туннеля под Эльбой. Успешное развитие привело к объединению компаний Mannesmann Rexroth AG и Bosch Automationstechnik в Bosch Rexroth AG в 2001 г. Дополнительный приток интеллектуальных возможностей, технической мощности, а также новых клиентов стал причиной ряда важных разработок: редуктора REDULUS GPV с прямой зубчатой передачей для использования в ветровых турбинах, IndraDrive Mi — первого сервопривода, в котором электронная система управления и серводвигатель были объединены в одном сверхкомпактном устройстве, гидростатической тормозной системы HRB с низким расходом топлива и системой регенерации энергии, приводов насосов с регулируемой частотой вращения и др. Компания Bosch Rexroth на протяжении всей истории развития принимала участие в реализации крупных проектов. Один из самых известных — реконструкция сцены Большого театра в Москве (рис. 5–6). Был необходим общий ремонт сценического оборудования. Работы должны были

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

ЦИФРОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО И АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ I 65

РИС. 5. Верхняя часть механизированной сцены Большого театра в Москве

РИС. 6. Часть оборудования Bosch Rexroth для реконструкции сцены Большого театра в Москве

выполняться в ходе текущего ремонта здания, за полностью сохраненным старинным фасадом, построенным еще в 1825 г. Чтобы создать универсальную и производительную систему управления сцены, компания Bosch Rexroth спроектировала, установила и ввела в эксплуатацию более 600 электрических и гидравлических приводов, а также систему управления оборудованием верхней и нижней части сцены. Теперь в верхней и нижней части механизированной сцены функционируют 7 двухуровневых сценических площадок с наклоняемыми поверхностями и люками провала, наклоняемая авансцена, лебедки штанкетных и индивидуальных подъемов, механизм антрактнораздвижного и итальянского занавеса, портальные башни и софитные мосты (в том числе подвижные), микрофонные лебедки, кабельные барабаны с приводом, точечные подъемы, системы подъема кулис, полетные устройства, люк дымоудаления, противопожарные ворота, ворота арьерсцены и склада объемных декораций, акустические ворота, площадки и барьеры оркестровой ямы, выравнивающие площадки, балетная фура, поворотный круг, суфлерная будка. Кроме того, в оборудование сцены включена гидравлическая станция с максимальным расходом около 9000 л/ мин с масляным баком общим объемом более 50 000 л, насосной станцией электрической мощностью около 700 кВт, поршневыми аккумуляторами объемом 13 000 л и азотной станцией на 58 500 л газа. Проектирование осуществлялось с использованием новейших программных средств моделирования и расчета на основе опыта, полученного в ходе участия в проектах создания театров по всему миру. Теперь система управления сценой может перемещать оборудование, применяемое во время спектакля, сохранять последова-

тельности движения и обеспечивать мониторинг рабочих процессов. Все действия выполняются последовательно, с высокой точностью и бесшумно для зрителей. Конструкторы и проектировщики уделили внимание и вопросам безопасности: пока наверху движутся предметы, масса которых измеряется в тоннах, художники и рабочие сцены могут спокойно перемещаться по ней, а зрители — наслаждаться искусством, не задумываясь о других факторах. Таким образом, решения Bosch Rexroth на протяжении двухсот лет играли важную роль в развитии машиностроения и линейного производства, а также в переходе к автоматизации. Благодаря этому в 2012 г. группа компаний Bosch стала одной из тех, кто предсказал скорое начало четвертой промышленной революции и стал активно развивать «Индустрию 4.0». Модернизируя машины и технику, инженеры компании автоматизировали производственные линии (рис. 7) и связывали каждую часть технологического процесса с Интернетом. Высокотехнологичная стратегия «Индустрии 4.0» от Bosch Rexroth стала постепенно внедряться в интеллектуальные приводы и системы управления, а также в комплексные системные решения с интегрированными информационными технологиями. Уже сегодня в списке продуктов компании несколько десятков решений, являющихся воплощением связи «умных» продуктов и «умных» машин, которые, в свою очередь, реализуют концепцию «умной фабрики» и ежедневно приносят пользу их владельцам (рис. 8). Стоит отметить, что в развитии «Индустрии 4.0» в России компания Bosch Rexroth также играет немаловажную роль. Перенимая опыт немецких коллег, компания адаптирует методы и подходы, а также практики, успешно

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

РИС. 7. Автоматизированная линия на производстве (2014 г.)

РИС. 8. mMS 4.0 — система обучения для «Индустрии 4.0»

использованные на производственных линиях группы компаний Bosch, для их имплементации на российских производствах. В рамках данной инициативы уже сегодня сформированы пилотные проектные решения и концепции сквозной автоматизации для автомобильной, аэрокосмической, электронной, пищевой, упаковочной и фармацевтической отраслей.

66 I НАЗВАНИЕ РУБРИКИ

ЭВОЛЮЦИЯ И РЕВОЛЮЦИЯ В АВТОМАТИЗАЦИИ Современное производство все больше склоняется к массовой кастомизации: потребители хотят получать продукты быстро, как при серийном производстве, но одновременно испытывают потребность в их индивидуализации, оснащении уникальными опциями. Лидеры в области автоматизации уже сейчас сталкиваются с этими вызовами. О том, как компания Festo справляется с ними и какие пути развития автоматизации выбирает, член совета директоров Festo AG & Co. KG доктор Ансгар Кривет (Ansgar Kriwet) рассказал в своем выступлении в рамках 16-й международной пресс-конференции Festo, прошедшей 4–5 июля 2017 г. в Париже. Представляем вниманию читателей статью на основе его доклада.

Член совета директоров Festo AG & CO KG доктор Ансгар Кривет (Ansgar Kriwet)

РИС. 1. Электрический терминал CPX с пневмоостровом, дополненный цифровым функционалом

Благодаря потребности в индивидуальном дизайне на рынке появляются совершенно новые решения. Цифровизация открывает возможности интерактивного взаимодействия клиентов и производителей по совместной разработке и адаптации продуктов. Параллельно с этим необходима массовая продукция, изготовленная быстро и недорого, для удовлетворения потребностей постоянно растущего населения Земли. Компании, занимающиеся автоматизацией, должны стараться ориентироваться на обе тенденции. Специалисты Festo, компании с более чем 18 800 сотрудниками и более 300 000 клиентов по всему миру, а также линейкой поставляемых изделий из более 33 000 продуктов, после анализа рынка пришли к выводу, что Festo необходимо как совершенствовать существующие структуры, продукты и процессы, так и переходить на новые технологии и решения. ЦИФРОВИЗАЦИЯ КАК ОСНОВНАЯ ЗАДАЧА Обеспечить непрерывно растущее население Земли необходимой продукцией возможно только при высокой степени автоматизации производств. Кроме того, рынки требуют повышения скоростей производства и разработки. Цифровизация ускоряет процессы внутри компании Festo, таким образом, специалисты смогут помогать клиентам быстрее. В то же время продукты Festo, дополненные цифровым функционалом (рис. 1), ускорят

процессы клиентов — от этапа разработки и до сервисных услуг. Помимо массовой продукции, все более востребованными становятся продукты с индивидуальными особенностями, которые требуют чрезвычайной гибкости от производственных предприятий. Потреб и т е л и х отя т ко н с т р у и р о в а т ь и конфигурировать продукты под себя — начиная с автомобилей, часов и очков и заканчивая индивидуально изготовленными лекарствами или едой по своему рецепту. Все это возможно реализовать с помощью цифровизации. ЭВОЛЮЦИЯ СТАНДАРТНЫХ ПРОДУКТОВ Стандартные продукты имеют важнейшее значение, и успех в их развитии может быть достигнут только при тесной работе с клиентами. Festo сосредотачивает свои инновации прежде всего на сокращении производственных затрат и сохранении ресурсов, поскольку именно это дает добавленную стоимость. Для этого ее специалисты, во-первых, разрабатывают продукты для более быстрого и упрощенного производства, а во-вторых, продвигают цифровизацию внутри компании (в области сбора, хранения и анализа данных с производства, а также оптимизации бизнес-процессов), чтобы извлечь выгоду из преимуществ «Индустрии 4.0». Для Festo эволюция также означает инвестиции в инфраструктуру для сохранения добавленной стоимости и дохода в такой стране, как

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

ЦИФРОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО И АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ I 67

Германия, — с высокими затратами на персонал. Компания открыла одну из самых современных производственных линий в Технологическом центре в г. Шарнхаузене около Штутгарта (рис. 2). Благодаря своей модульной структуре эта линия оптимально подготовлена как для полностью автоматизированного производства большими сериями, так и для производства небольшими партиями, но с высокой гибкостью. Festo производит изделия, используя для этого свои же продукты. Таким образом можно точно узнать, как данные продукты работают в каждодневном использовании. При всех этих изменениях человек по-прежнему остается в центре внимания. Роботы используются везде, где они могут облегчить нагрузку на оператора-человека и могут создавать совместные команды (рис. 3). А работники могут получить новые навыки для работы на этих современных линиях на интегрированной в завод обучающей фабрике.

РИС. 2. Современная производственная линия на заводе в Шарнхаузене

РИС. 3. Производственные команды из человека и роботов на заводе Festo

РЕВОЛЮЦИОННЫЕ ПРОДУКТЫ БУДУЩЕГО Однако прыжок в будущее невозможно совершить только с помощью эволюции. Для сохранения конкурентоспособности необходимо внедрять новые концепции в продуктовую линейку. Festo в связи с этим ставит перед собой такие вопросы: «Как можно перенести механические продукты на интеллектуальные киберфизические системы? Как мы можем повысить нашу производительность и ускорить цепочку поставок? Какие дополнительные преимущества смогут дать эти новые продукты нашим клиентам в будущем? Как машины могут быть перепрограммированы для новой задачи в ходе регулярной работы? Как общение «машина-оператор» сделать более понятным и универсальным?». На ответах будет построена глобальная стратегия компании. FESTO MOTION TERMINAL Один из революционных продуктов Festo — Festo Motion Terminal (рис. 4). Так же, как смартфон взорвал рынок мобильных коммуникаций, он может взорвать рынок автоматизации. В его основе лежит новый метод интеграции функций в сочетании с программным обеспечением. Этот компонент с классичеCONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

РИС. 4. Festo Motion Terminal

68 I ЦИФРОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО И АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

РИС. 5. Система сбора и обработки данных на базе виртуальных двойников

ским внешним видом может заменить более 50 отдельных устройств, потому что он универсален и быстро настраивается под любые задачи. В Festo Motion Terminal пьезотехнология пилотных клапанов, встроены датчики давления и хода, а управление происходит через приложения. Именно это слияние механики, электроники и программного обеспечения превращает обычный пневмоостров в компонент «Индустрии 4.0», придающий производству бо́ л ьшую гибкость. Изменения пневматических функций и адаптация к новым задачам регулируются с помощью приложений (на смартфоне, планшете или ПК) путем настройки параметров. Интегрированные интеллектуальные датчики для управления, диагностики и самообучения устраняют необходимость в дополнительных компонентах. Подробнее о Festo Motion Terminal будет рассказано в следующем выпуске журнала.

ЦИФРОВИЗАЦИЯ КЛИЕНТСКОГО ИНТЕРФЕЙСА Способы взаимодействия с клиентами также сильно изменятся. Наряду с классическими каналами продаж клиенты все чаще используют «интернет-каталог», погружаясь в виртуальный мир. Каталог показывает в цифровом виде различные точки взаимодействия: от процесса разработки с CAD-моделями, подбором, конфигурацией, виртуальной инициализацией продуктов до мониторинга состояния в процессе жизненного цикла. Цифровизация позволяет клиентам компании Festo разрабатывать, моделировать и включать в работу их системы как виртуальные двойники (virtual twin). Так можно заранее узнать, будут ли системы и модули работать так, как задумано. Сложность гибких адаптивных производств становится контролируемой — через встроенный

искусственный интеллект. Данные, собранные во время работы такого оборудования, открывают совершенно новые возможности в оптимизации процессов и мониторинга за состоянием машин (рис. 5). Облачные приложения обрабатывают полученные данные, чтобы превратить их в значимую информацию, в режиме реального времени. Прогнозирование обслуживания сокращает риски простоя машин и производственных потерь. Наблюдение за температурными кривыми, потреблением сжатого воздуха и данными износа, а также обнаружение утечек — это лишь некоторые возможности, которые открываются операторам. Так создается «машинная память» процессов, что позволяет оптимально конфигурировать и параметрировать оборудование. ООО «ФЕСТО-РФ» +7(495)737-3487 sales@festo.ru www.festo.com

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

НАЗВАНИЕ РУБРИКИ I 69

АСУ РОССИЙСКИМ ПРОМЫШЛЕННЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ НА БАЗЕ РЕШЕНИЙ SCHNEIDER ELECTRIC РАДИК СУЛЕЙМАНОВ ВАДИМ СТАСОВСКИЙ

Российская инжиниринговая компания ПО «Привод-Автоматика» занимается разработкой индивидуальных и серийных решений по автоматизации промышленного оборудования. Сотрудничество с производителем электротехнического оборудования и решений по автоматизации, компанией Schneider Electric, позволяет ей успешно реализовывать крупные проекты, полностью адаптируя системы под особенности эксплуатации и конструкции российского промышленного оборудования.

ОБЪЕДИНЕНИЕ КОМПЕТЕНЦИЙ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ЗАДАЧ ЗАКАЗЧИКА ПО «Привод-Автоматика» (г. Магнитогорск) — инжиниринговая компания, специализирующаяся в области промышленной автоматизации грузоподъемного оборудования и технологических процессов. С момента своего основания в 2007 г. компания сотрудничает с производителем электротехнического оборудования и решений по автоматизации — Schneider Electric. За эти годы партнеры успешно реализовали сотни совместных проектов по всей России. Разрабатывая алгоритмы по управлению грузоподъемным оборудованием, специалисты ПО «Привод-Автоматика» используют программную среду SoMachine, созданную для удобства построения, быстрого ввода в эксплуатацию и последующего обслуживания систем автоматизации промышленного оборудования. SoMachine позволяет запрограммировать и сконфигурировать контроллеры, панели операторов, датчики, приводные устройства и коммуникационные сети. Кроме того, эта программная среда оснащена встроенными шаблонами, библиотеками и протестированными архитектурами систем управления, которые дают возможность ускорить процесс разработки проекта. Таким образом, предоставляя программную среду и библиотеки SoMachine, компания Schneider Electric обеспечивает своего партнера тщательно проработанными базо-

выми алгоритмами по управлению подъемно-транспортным оборудованием. А специалисты ПО «ПриводАвтоматика», руководствуясь знанием особенностей эксплуатации и конструкции российского промышленного оборудования, занимаются адаптацией этих алгоритмов под нужды конкретных заказчиков. Среди наиболее интересных совместных проектов, реализованных партнерами в последнее время, стоит отметить создание системы управления для первого в России грейферного крана грузоподъемностью 32 тонны по заказу одного из крупнейших нефтеперерабатывающих заводов, комплексное внедрение АСУ ТП пресса усилием 2000 тонн для ООО «МетМашУфалей», а также разработку прибора безопасности башенных кранов. Остановимся на них более подробно. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ГРЕЙФЕРНЫМ КРАНОМ В рамках инвестиционного проекта по повышению эффективности производственных мощностей одного из предприятий нефтеперерабатывающего завода было приобретено два 32-тонных грейферных крана. Задачей ПО «Привод-Автоматика» было разработать автоматизированную систему управления (АСУ) для этого оборудования. Главная особенность проекта была связана с повышенной грузоподъемностью грейферов: прежде оборудование такого класса на территории России не использовалось. Каждый кран имеет по два мощных привода для подъема

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

и замыкания (по 315 кВт) и по два — для передвижения крана (по 160 кВт). Таким образом, суммарная мощность приводов составляет порядка 950 кВт. Для построения системы управления были использованы решения Schneider Electric: контроллеры и другое оборудование автоматизации на базе ПЛК М251 и открытого сетевого протокола CANopеn, преобразователи частоты серии Altivar 71, панели управления и релейноконтакторная аппаратура (рис. 1). Использованное программное обеспечение предотвращает перекос крана, позволяет реализовать автоматический режим работы грейфера, диагностику и визуализацию работы системы управления посредством графической сенсорной панели оператора, а также удаленный доступ и мониторинг работы системы управления. В результате реализации проекта конечный заказчик получил удобный в эксплуатации грузоподъемный механизм высокой производительности. Автоматизация крана существенно облегчает труд оператора: управление производится с помощью небольшого джойстика и не требует физических усилий. Заложенные алгоритмы помогают поднять перемещаемый груз без раскачки — за счет этого снижаются требования к квалификации оператора. Кроме того, сокращается время на выполнение каждой операции, поскольку не нужно дожидаться прекращения колебаний груза. В итоге каждый цикл в работе крана становится короче, и его совокупная производительность существенно возрастает.

70 I ЦИФРОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО И АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

РИС. 1. Структурная схема системы управления грейферным краном

РИС. 2. Структурная схема автоматизации пресса

АСУ ТП ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕССА ООО «МетМашУфалей» (г. Верхний Уфалей, Челябинская обл.) выпускает оборудование и запасные части для всех переделов металлургического производства. В рамках комплексной автоматизации одного из технологических процессов предприятия была выполнена модернизация пресса

нестандартной грузоподъемности — 2000 тонн (суммарная мощность установки составляет 1,8 МВт). В ходе проекта устаревшая система управления прессом была заменена на новую. При разработке алгоритмов пришлось учитывать сложность гидравлической системы пресса. Для создания его АСУ ТП компания «Привод-Автоматика» также исполь-

зовала широкую линейку решений Schneider Electric: в частности, оборудование автоматизации на базе ПЛКТМ 251 и сети CANopen общей протяженностью 250 метров, преобразователи частоты серии Altivar 71 и Altivar 600, устройства плавного пуска ATS 48 и панели оператора серии HMIG3U (рис. 2). Механизм измерения положения пресса реа-

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

ЦИФРОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО И АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ I 71

лизован посредством абсолютного энкодера (датчика, измеряющего угол поворота объекта) OsiSense CANopen. Теперь на панель оператора выводится полная гидравлическая схема с индикацией работы электрического и гидравлического оборудования пресса. Разработаны алгоритмы автоматического, полуавтоматического и ручного режимов работы. Специализированные алгоритмы управления пропорциональными и логическими клапанами в сочетании с механизмом на базе энкодера позволили повысить точность позиционирования пресса до 1 мм — а следовательно, повысить качество продукции, выпускаемой предприятием, и увеличить производительность всей линии. ПРИБОРЫ БЕЗОПАСНОСТИ БАШЕННЫХ КРАНОВ В соответствии с требованиями правил эксплуатации, устройства и приборы безопасности должны использоваться на всех кранах. Такого рода приборы для башенных кранов давно выпускаются различными российскими предприятиями, однако данные изделия бывают ненадежны в эксплуатации и требуют регулярной замены (несколько раз в год). Для решения этой проблемы компания «Привод-Автоматика» разработала собственный прибор безопасности 8-, 10- и 12-тонных башенных кранов (рис. 3), одновременно реализующий все необходимые специализированные алгоритмы управления башенной стрелой. В частности, прибор управляет приводами всех механизмов крана, выполняет алгоритм исключения влияния скручивания башни на стрелу и обеспечивает визуализацию работы системы управления. Непосредственно с точки зрения безопасности в функционал прибора входят защита крана от опрокидывания и перегрузки, запрет работы при недопустимой скорости ветра, защита механизмов крана по крайним положениям с адаптивным снижением скорости, координатная защита; регистрация параметров работы крана с возможностью последующего считывания, обработкой данных и формированием отчетов, регистрация параметров работы компонентов системы

управления с формированием архива ошибок и событий, а также другие виды защит. Прибор был разработан с использованием среды SoMachine, а само устройство на 90% укомплектовано оборудованием производства Schneider Electric. Управление приводами и функция защиты крана реализуются за счет программируемого контроллера, глубоко интегрированного в систему управления. Главные достоинства прибора — высокая надежность и длительный срок эксплуатации, сопоставимый с продолжительностью срока службы самого крана. Это позволяет строительным организациям избавиться от проблем, связанных с внезапными поломками и заменами приборов, и получить выраженный экономический эффект. По итогам типовых испытаний разработанный прибор безопасности (рис. 4) признан пригодным для применения в серийной продукции систем управления башенных кранов. Решение пользуется популярностью у строительных компаний во всех регионах России. ПЕРСПЕКТИВЫ СОТРУДНИЧЕСТВА Совместные компетенции компаний Schneider Electric и «ПриводАвтоматика» позволяют им предлагать российским предприятиям оптимальные решения в сфере АСУ ТП отдельных машин и механизмов. В числе ближайших планов

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

ПО «Привод-Автоматика» — освоение недавно вышедшего на рынок семейства преобразователей частоты Altivar 320, 340 и 900 с функциями интеллектуального управления и новых средств автоматизации.

РИС. 3. Башенный кран

РИС. 4. Прибор безопасности башенного крана

72 I НАЗВАНИЕ РУБРИКИ

ГЛАЗА БОЯТСЯ  РОБОТЫ ДЕЛАЮТ. ЧАСТЬ 1. ВОЗМОЖНОСТИ КОЛЛАБОРАЦИИ ЭМИЛИ ГЮНТЕР EMILY GUENTHER КРИС ВАВРА CHRIS VAVRA МАРК Т. ХОСКЕ MARK T. HOSKE

Современные разработки в области робототехники представляют собой усовершенствованные конструкторские решения, способные обеспечить безопасность в специализированных средах, и подразумевают как возможность их совместного функционирования с людьми в общей производственной среде, так и улучшенную интеграцию с другими системами. В статье приведена информация, полученная на трех выставках, которые прошли в США в конце 2016 г.: IMTS (International Manufacturing Technology Show), Pack Expo International и Automation Fair.

ОСОБЫЕ ТРЕБОВАНИЯ ПО БЕЗОПАСНОСТИ Компании часто ищут роботов для выполнения задач во вредной для здоровья человека среде, особенно с высокой вероятностью травматизма, а также для работы, где требуется выполнять монотонно повторяющиеся, слишком

РИС. 1. Робот компании Yaskawa Motoman, укладывающий поддон на конвейер с механизированными роликами, который, в свою очередь, является частью паллетайзера Alvey 891i от Intelligrated (входит в компанию Honeywell)

быстрые или чересчур точные операции. Возможностей использования роботов в таких условиях появляется все больше — что демонстрируют приведенные ниже примеры. Так, на выставке упаковочного оборудования Pack Expo робот компании Yaskawa Motoman (рис. 1) работал

на участке разгрузки поддонов. Он был установлен перед автоматизированной производственной ячейкой рядом с автоматическим укладчиком грузов на поддоны — паллетайзером Alvey 891i компании Intelligrated с интегрированным вертикальным возвратнопоступательным конвейером и конвейером с механизированными роликами, или MDR (Motor Driven Roller). На этой же выставке компания Denso Robotics продемонстрировала робот, предназначенный для использования в условиях стерильной фармацевтической среды, который может работать с перекисью водорода. Такой робот способен исключить человеческие ошибки и выполнять операции в чистых средах, предотвращающих загрязнение продукта. Перспективные области применения робототехники включают регенеративную медицину и выращивание клеточных культур. Они требуют такой деликатности и высокой точности, которые еще несколько лет назад были совершенно невозможны. Но, как мы видим, технологические достижения продолжают устранять

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

РОБОТОТЕХНИКА I 73

потенциальные барьеры, особенно в тех сферах, где роботы могут обеспечить безопасность работников. КОЛЛАБОРАТИВНЫЕ РОБОТЫ Коллаборативные промышленные роботы (коботы, от англ. collaborative robot или cooperative robot) предназначены для физического взаимодействия с людьми в совместной рабочей среде в самых разных промышленных сферах. На Pack Expo 2016 г. коллаборативные роботы и новые возможности для оптимизации производственного процесса, которые они могут предоставить, стали одной из основных тем. В то время как сама по себе автоматизация производственных и технологических процессов уже далеко не нова, ее внедрение по-прежнему определяется таким экономическим показателем, как возврат инвестиций (англ. Return on Investment, ROI), и именно он играет главную роль для многих производителей. Одна из составляющих концепции совместных роботов заключается в том, что, помогая оптимизировать операции, они работают вместе с людьми, а не заменяют их. Внедрение таких роботов позволяет: • Снизить риск. Коллаборация — объединение в производственном процессе роботов и человека — позволяет значительно уменьшить риски. Это особенно заметно на предприятиях, где персонал работает в опасной среде или при необходимости вынужден выполнять те или иные производственные и технологические операции в слишком неблагоприятных районах. • Улучшить контроль качества и повысить производительность труда. Людям свойственно ошибаться, а роботов можно запрограммировать на выполнение аналогичной работы с более высокой производительностью и без риска для качества. Хотя состояние «здоровья» робота имеет не менее важное значение и для обеспечения оптимальной производительности необходимо время от времени проводить его обслуживание, но его производительность и поведение более предсказуемы, чем у людей. • Создать возможности для повышения квалификации и карьерного роста рабочих. Многие люди выражают озабоченность и недовольство по поводу того, что роботы вытесняют их с рабочих мест,

ИНТЕГРАЦИЯ РОБОТОВ: УПРОЩЕНИЕ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЯЧЕЕК

Роботов становится все легче подключать к станкам. Например, система Sinumerik 828 компании Siemens позволяет быстрее и проще подключить роботов к станкам с числовым программным управлением (ЧПУ), которые уже давно стали неотъемлемой частью ячеек автоматизированного оборудования (рис. 2). К станкам с ЧПУ, оснащенным системой Sinumerik 828D с интерфейсом Sinumerik Integrate Run MyRobot / EasyConnect, можно подключить любые типы роботов, разработанных разными производителями. Это снимает многие ограничения на выполнение задач обработки деталей. Систему Sinumerik 828D можно устанавливать на оборудование любого уровня и настраивать различные автоматизированные производственные ячейки, включая линии с последовательной обработкой деталей. Причем делать это экономически эффективно и без особых усилий даже при использовании на одной линии различных типов станков с ЧПУ с собственным стандартным интерфейсом. Среди других возможностей настройки автоматизированных производственных ячеек — простая оптимизация выполнения операций на станках, РИС. 2. Sinumerik 828D и 840D sl от компании Siemens позволяют роботам легко подключаться мобильный мониторинг производственного к станкам для автоматизированных производственных процесса и дистанционное обслуживание. ячеек

•

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

но ключевым словом в этой ситуации является «сотрудничество». «Робототехника не заменяет человека, а дает возможность расширить набор навыков работника: так, научившись программировать роботов, рабочий может стать техником по их обслуживанию», — считает Джон Вебер (John Weber), старший менеджер проектов в компании Kawasaki Robotics Inc. (США). Увеличить гибкость. Растущая тенденция к применению коллаборативных роботов уже в краткосрочной перспективе приведет к их большей гибкости по сравнению с традиционной робототехникой. На выставке Pack Expo компания Kawasaki продемонстрировала двухманипуляторный робот, как раз соответствующий этому утверждению. Для демонстрации своих возможностей роботы duAro работали в специально смоделированной среде по производству мороженого и наполнению им вафельных стаканчиков. Такие роботы могут легко поворачиваться там, где это необходимо

(рис. 3). Гибкий двойной манипулятор позволяет использовать их на технологических линиях с коротким производственным циклом и с частыми сменами выпускаемой на них продукции. • Сократить затраты. Интеграция производственных роботов в конкретный объект стала более экономичной. Отчасти благодаря тому, что небольшие роботы могут обслуживаться и контролироваться специальными мобильными приложениями. Компания Allied Technology, системный интегратор Universal Robots, продемонстрировала на выставке свое приложение для упаковки и паллетирования продукции с помощью системы машинного зрения и роботаманипулятора UR5, который способен выбирать конфеты из интеллектуального подающего устройства, упорядочивать их по цвету, укомплектовывать в коробку и затем устанавливать коробки на поддоны. Такая гибкость позволяет роботу легко интегрироваться во многие производственные процессы.

74 I РОБОТОТЕХНИКА

РИС. 3. Двухманипуляторный робот duAro компании Kawasaki показывает свои возможности для работы на производстве мороженого

РИС. 4. Робот Baxter (слева) заполняет коробку, полученную от его «коллеги», робота Sawyer (справа), который использовал для формирования коробки специальные направляющие

РИС. 5. Беспроводные точки доступа Anybus Wireless Bolt от HMS, расположенные над продольно-резательной машиной, передают роботу Fanuc все необходимые инструкции для замены лезвий

«Клиенты могут по мере необходимости добавлять в систему новые продукты, а у манипулятора есть возможность свободно перемещаться по практически любым траекториям, требующимся в связи с ориентацией и местом нахождения продукта, — говорит Грег МакЭнтир (Greg McEntyre), генеральный директор компании HNJ Solutions. — Такой характер поведения манипулятора позволяет нам выйти за пределы машинной среды и автоматически обрабатывать компоненты... в непосредственной близости от производственного персонала». Коллаборативные роботы чрезвычайно надежны, легко интегрируются с существующими производственными и технологическими линиями и могут решить проблему растущей нехватки производственных рабочих. Использование такой совместно работающей робототехники в будущем должно стать еще проще, поскольку и само производственное оборудование приспосабливается ко все большей автоматизации и соответствующим эксплуатационным преимуществам. Во время международной выставки IMTS компания Universal Robots запустила в Северной Америке уникальную экосистему Universal Robots+. Это магазин приложений для программирования конечных действий роботов и захватов данной компании, а также программного обеспечения для камер видеонаблюдения и других аксессуаров, спроектированных, испытанных и сертифицированных для работы с манипуляторами серии UR. На стендах компании были продемонстрированы некоторые из предлагаемых в UR+ программных приложений от компаний Robotiq, Sick, OnRobot и Airgate. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КОБОТОВ ДРУГ С ДРУГОМ Как уже говорилось выше, в некоторых сферах применения коллаборативные роботы могут работать в присутствии людей без традиционных защитных ограждений. Также они способны взаимодействовать и друг с другом, как это было показано на презентации от компании Rethink Robotics, проведенной в рамках международной выставки Pack Expo. На рис. 4 представлен робот Sawyer от компании Rethink Robotics, который, используя пневматический привод, поднимает заготовку для коробки, помещает ее на направляющие, формирует коробку и фиксирует ее положение в открытом #4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

РОБОТОТЕХНИКА I 75

состоянии. Затем робот Baxter, также представляемый компанией Rethink Robotics, заполняет подготовленную коробку пластиковыми бутылками. Представленные здесь роботы не взаимодействуют друг с другом напрямую, для этого у них имеются встроенное машинное зрение и визуальные индикаторы позиционирования. По словам Томаса Миллера (Thomas Miller), специалиста по продажам и применению продуктов компании Rethink Robotics, все обновления программного обеспечения для роботов бесплатны, и для достижения большей производительности аппаратного обеспечения им можно добавить функциональность и увеличить скорость выполнения операций без внесения каких-либо изменений непосредственно в само оборудование. Коллаборативные роботы могут использоваться в самых различных сферах, включая обслуживание оборудования, комплектацию и даже сборку осветительных приборов. Например, компания Rethink Robotics недавно отметила, что робот Sawyer сократил время сборки светильников Deco Lighting на 1200%. Установив Sawyer на каждой сборочной линии, компания Deco Lighting сможет использовать роботов для выпуска продукции и в нерабочее время, что еще больше сократит сроки выполнения заказов для их клиентов. БЕСПРОВОДНОЕ УПРАВЛЕНИЕ С целью снижения риска для персонала управлять роботами можно, используя промышленную беспроводную связь, — например, таким образом, как это было продемонстрировано на стенде компании HMS на международной выставке Automation Fair. Точка доступа HMS Anybus Wireless Bolt (габаритные размеры которой меньше хоккейной шайбы) переместила формирование команд управления из общего шкафа управления всем процессом продольной резки непосредственно в шкаф управления роботом Fanuc (рис. 5). Данный робот заменяет лезвия для продольно-резательной машины. Сама по себе беспроводная передача может быть реализована с использованием технологии Bluetooth или WLAN, а собственно подключение выполняется уже посредством последовательного протокола — это могут быть, например, широко используемые протоколы CAN или Ethernet.

СТАНДАРТНЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ

Интерфейс для подключения роботов или автоматизированных систем обработки деталей к станкам основан на стандарте, определенном немецкой Ассоциацией машиностроителей (нем. Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken, VDW) и Ассоциацией инженеров Германии (нем. Verband Deutscher Maschinen und Anlagenbau, VDMA). Для упрощения применения роботов подключают через Ethernet (Profinet RT — открытый промышленный стандарт для автоматизации Ethernet PROFIBUS & PROFINET International (PI), который использует TCP/IP- и IT-стандарты, а также режим реального времени) или используют сигналы ввода / вывода. При этом операторы могут легко синхронизировать процессы между обрабатывающим станком и роботами, тем самым повысив эффективность выполнения обработки деталей в автоматизированной производственной ячейке. Автоматизированный производственный процесс, важным аспектом которого является настройка автоматизированных производственных ячеек, охватывает все стороны, связанные с функционированием станков. Начинается он с подготовительных операций, обеспечивающих доступ всей необходимой информации и данных в станок, и эффективного управления им, в том числе с помощью мобильного терминального оборудования для визуализации условий работы данного оборудования. Для этого компания Siemens предоставляет возможность использовать интеллектуальные функции управления: технологии интеллектуального сенсорного управления интегрируются непосредственно в производственную среду. Кроме того, операторы оборудования могут получить доступ к заводской сети и проверять требования контрактов в своем пользовательском интерфейсе. Эта концепция также включает приложение для подготовки к работе на персональном компьютере, например для создания программ обработки детали. Еще одним компонентом решения для настройки автоматической ячейки являются функции, облегчающие дистанционную диагностику станков. Интерфейс Sinumerik Integrate Access MyMachine предоставляет всю необходимую функциональность для удаленной диагностики с использованием корпоративной сети или прямого доступа в Интернет. Основное приложение упрощает обмен данными с подключенными персональными компьютерами с операционной системой Windows. Для адресации в сети предприятия используется IP-адрес. Операторы станков могут обращаться к машине через Интернет, а также, при наличии соответствующей конфигурации, выходить за пределы сети компании. Кроме того, в дополнение к доступу к оборудованию интерфейс Sinumerik Integrate Access MyMachine / Ethernet (ASP) предоставляет возможность выполнить быстрый обзор его истории. Система ЧПУ Sinumerik позволяет скачивать и загружать машинные данные, различные файлы, регистраторы отключения и информацию по настройке программируемых логических контроллеров. Также она может уведомлять о необычных отклонениях в функционировании оборудования путем рассылки текстовых сообщений (SMS) или по электронной почте. Экономичный мониторинг состояния обеспечивает ASP — технология создания веб-приложений компании Microsoft, посредством которой осуществляется не только идентификация неисправностей, но и комплексная интеграция предоставления сервисов, а также обслуживание оборудования непосредственно на производственном участке.

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

ТОЧНОЕ ЗЕМЛЕДЕЛИЕ С MC ELETTRONICA РАМИЛЬ РАХМАНКУЛОВ ramil.rahmankulov@fsmedia.ru

Меняющиеся, а иногда просто непрогнозируемые погодные условия и многие другие факторы делают фермерство не очень предсказуемым бизнесом: не всегда есть возможность правильно предварительно просчитать расходы на покупку семян, удобрений, топлива и т. д. Однако в последнее время широкое распространение получила концепция «точного земледелия» — технология, благодаря применению которой можно значительно сократить затраты и снизить риски, уменьшить количество отходов и затрачиваемого сырья, максимизировать прибыль и, вместе с тем, благотворно повлиять на окружающую среду.

СОВРЕМЕННАЯ АГРОНОМИЯ «Точное земледелие» (иногда его также называют «координатным») включает в себя технологии оценки урожайности (Yield Monitor Technologies), переменного нормирования (Variable Rate Technology), дистанционного зондирования земли, глобальное позиционирование (GPS), географические информационные системы (ГИС), оборудование для переменного дозирования (интегри-

рованное в сеялку, разбрасыватель, опрыскиватель) и т. д. Основные преимущества применения концепции: • Оптимизация планирования сельскохозяйственных операций (электронная запись и хранение истории полевых работ и урожаев может оказать существенную помощь при последующем принятии решений). • Сокращение негативного воздействия сельхозпроизводства

•

на окружающую среду (в частности, благодаря дифференцированному внесению азотных удобрений и прочих химикатов на те участки поля, которые соответствующим образом идентифицированы с помощью GPS-приемников и аграрных физико-химических карт почвы). Рост производительности и/или сокращение финансовых и временных затрат. Так, благодаря применению новых информа-

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

ОТРАСЛЕВЫЕ РЕШЕНИЯ I 77

РИС. 1. Офис компании MC Elettronica

РИС. 2. Схема ESD

ционных и коммуникационных технологий в общем случае можно говорить о снижении финансовых расходов предприятия на 24–26%. ОБОРУДОВАНИЕ И УСТРОЙСТВА Для внедрения «точного земледелия» и принятия решений в сфере современного сельскохозяйственного производства необходимы специальное оборудование и техника. Сегодня одной из ведущих компаний в сфере производства продукции для «точного земледелия» является MC Elettronica (рис. 1), имеющая тридцатипятилетний опыт в разработке электронного оборудования для сельского хозяйства, член консорциума AEF Италии (Фонд сельскохозяйственной электронной промышленности). Благодаря использованию инноваций в разработке систем управления, продукция и технологии компании MC Elettronica обеспечивают эффективность посевной техники, позволяют минимизировать потери зерна, сократить сроки и затраты на посев и повысить урожайность объекта. Так, например, системы контроля сеялок, производимые компанией, позволяют осуществлять высокоточный сбор данных и корректировать нарушения высева. Пропашной высев Один из продуктов MC Elettronica для механизации точного земле-

Фотодатчик D30 для семян и удобрений

Фотодатчик трубный с интегрированной электроникой

Панель оператора Virtual Terminal SLIM 7”

Модуль управления шлюзом

Электронный блок управления Фотодатчик для семян на кронштейне Модуль ESD (электронного драйвера посева)

делия — «Электронный драйвер посева» (Electronic Seed Driver, ESD). Он представляет собой систему мониторинга для пропашного высева и имеет гибкую модульную высокотехнологичную структуру (рис. 2), которая позволяет электрифицировать распределение семян каждого ряда, тем самым полностью исключая механическую трансмиссию. Также система отлично взаимодействует с передовыми брендами GPS, присутствующими на рынке (Trimble, Topcon, AvMap и др.). Рассмотрим подробнее компоненты системы. Панель оператора Virtual Terminal SLIM 7” с цветным сенсорным дисплеем и механическими функциональными кнопками на фронтоне (рис. 3) позволяет настраивать

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

РИС. 3. Панель оператора Virtual Terminal SLIM 7”

РИС. 4. Электронный блок управления (Ecu Seeding)

78 I ОТРАСЛЕВЫЕ РЕШЕНИЯ

РИС. 5. Модуль ESD 80

РИС. 6. Датчики обнаружения и контроля семян

РИС. 7. Схема USC

основные рабочие параметры (дистанцию высева, скорость подачи, зоны высева и пр.), а также осуществлять эффективный и продуктивный мониторинг работы всех посевных элементов. Электронный блок управления (рис. 4) служит для обработки сигналов от оптических датчиков семян/ удобрений.

Двигатель постоянного тока

Модуль ESD 80 (рис. 5) состоит из блока управления и 76-Вт бесщеточного привода. Устанавливаемые на каждом посевном элементе модули позволяют регулировать вращение диска высева пропорционально скорости подачи и относительно расстояния посева, заданного с помощью Virtual Terminal SLIM 7”. ESD включает в себя датчики обнаружения и подсчета семян, а также оптические датчики для мониторинга прохождения удобрений и гранул (рис. 6). Основные преимущества системы: • Для пользователя: – высокая точность высева; – сокращение времени обслуживания сеялки; – высокий уровень защиты для оператора в связи с меньшим количеством движущихся механических частей; – повышение производительности и скорости высева. • Для производителя (ОЕМ): – возможность, благодаря модульности, выбирать интересующие компоненты,

Панель оператора Virtual Terminal SLIM 7”

Фотодатчик D30 CAN-BUS для семян и удобрений

Фотодатчик D30 для семян и удобрений

Моторизированный клапан MCV 300

РИС. 8. Виртуальные терминалы MC Elettronica

Модуль управления шлюзом Модуль управления двигателем Модуль управления клапаном

подсоединять их к системе и конфигурировать с любыми системами, присутствующими на рынке; – возможность получать техническую помощь удаленно, через облачную платформу, осуществлять резервирование данных и предвидеть возможные аномалии во время полевых работ. Зерновой высев MC Elettronica предлагает новую систему мониторинга рядовых сеялок — «Универсальный контроль высева (Universal Seeder Control, USC), которая имеет высокотехнологичную гибкую и простую структуру. USC — комплексное решение, включающее функционал для контроля прохождения семян или гранулированных удобрений (рис. 7). Для автоматического управления перекрытием рядов в системе предусмотрена возможность взаимодействия с основными GPSустройствами известных производителей, что позволяет избегать наложения посевов и, в результате, сохранять семена. Виртуальные терминалы С помощью виртуальных терминалов нового поколения, предлагаемых MC Elettronica (рис. 8), можно получать информацию о произведенных работах, осуществлять мониторинг и контроль всех функций транспортных средств в режиме реального времени. Эти устройства легко устанавливаются на любую действующую технику. В настоящий момент доступны версии VT-ECO («быстрый старт») и VT-PRO. «Точное земледелие» — мейнстрим в агробизнесе, позволяющий максимизировать прибыль. Превращение действующего парка техники сельскохозяйственного предприятия в высокотехнологичное оборудование для «точного земледелия» является неотъемлемой составляющей в борьбе за лидерство в отрасли. Применение описанной в статье продукции MC Elettronica позволит фермерскому производству достичь финансового успеха и существенно облегчит весь спектр сельскохозяйственной деятельности.

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

80 I НАЗВАНИЕ РУБРИКИ

MICROGRID  ОТВЕТ НА НОВЫЕ ВЫЗОВЫ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ МИХАИЛ ШИЛЕР ЕВГЕНИЙ РУБЛЕВСКИЙ

Современные тенденции на рынке электрической энергии, такие как использование MicroGrid, еще десять лет назад казались неосуществимыми. Новый подход к выработке энергии и ее доставке конечным потребителям влечет за собой появление вопросов, требующих ответа от ученых и специализированных компаний. АВВ следит за такими тенденциями и постоянно занимается разработкой необходимых решений. Основным драйвером для продвижения технологии MicroGrid стала задача обеспечения энергоэффективности. С самого начала ее решением считался целенаправленный поиск потенциальных источников энергосбережения. Ими могут служить передача электроэнергии на постоянном токе в магистральных сетях, применение частотно-регулируемых приводов, установка низкозатратных силовых трансформаторов, использование населением LED-технологий взамен классических ламп и т. д. В области генерирующих мощностей инвесторы активно поддерживали подход к возобновляемым источникам как логическому дополнению к существующему традиционному топливу — в основном углю, газу и ядерному топливу. На фоне повышающихся цен на сырье и уменьшения его запасов возникли жесткие требования по снижению расходов. Энергетика, долгое время находившаяся в стабильном состоянии, пережила серию кризисов и оказалась не готова к новым рыночным условиям, в которых поя-

вился еще один фактор — субсидии на возобновляемые источники. В связи с появлением альтернативных источников энергии возникли новые вызовы для разработчиков и поставщиков связанных с ними технологий. Перед учеными была поставлена задача превратить теоретические наработки в «коммерческие», а у производителей — реализовать их. Благодаря субсидиям на новом рынке появилось много игроков, и использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) становилось все популярнее. Но поскольку существующая инфраструктура не была готова к изменениям, многие источники подключались к сетям, неспособным к работе с электростанциями подобного типа. Также из-за технических особенностей применения новых источников требовался другой опыт эксплуатации. Мощности исчислялись в большей степени в единицах или десятках мегаватт, что тоже отрицательно влияло на электрическую сеть. При этом в каждом случае требовался достаточный

активный резерв, который бы реагировал на изменения в работе альтернативных источников. Если в крупных сетевых системах такие задачи более-менее выполнимы, то в изолированных сетях (т. е. тех, которые не подключены к магистральной сети или в которых она слабо поддерживается) это было нереализуемо или возможно только за счет поставки энергии несоответствующего качества. В то время как основные качественные характеристики для потребителей — это постоянное напряжение и частота. Именно решение этих проблем, связанных с работой традиционных и возобновляемых источников в изолированных сетях, является сегодня наиболее важным вопросом в электроэнергетической отрасли. ПРИНЦИП РАБОТЫ MicroGrid — это локальная изолированная сеть. Четкой границы мощности для нее не существует, поэтому обычно она не указывается. Компания АВВ установила себе границу на мощности около 20 МВт,

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

ОТРАСЛЕВЫЕ РЕШЕНИЯ I 81

РИС. 1. Типичная сеть MicroGrid

чтобы сфокусироваться на решении определенных задач. Существует и такое понятие, как NanoGrid, но данные сети характеризуются малыми мощностями — до 50 кВт. MicroGrid включает набор генерирующих источников и набор потребителей (рис. 1). Генерирующие объекты представлены комбинацией традиционных источников, работающих на дизеле (дизель-генераторы) или газе (газо-поршневые двигатели), малыми гидростанциями и ВИЭ (в основном ветроустановками и солнечными станциями). Возможна любая комбинация указанных источников, и если основной причиной для использования ВИЭ является чисто экономический эффект (субсидии, гарантированный тариф и т. д.) или снижение расхода основного топлива, то тип источника электроэнергии особого значения не имеет. Стоит отметить, что замещение традиционного источника «зеленым» также позитивно отразится на экологическом аспекте. Если конечному потребителю важно снизить вредные выбросы от традиционных источников и улучшить уровень жизни, то для владельцев генерации применение ВИЭ еще и снижает налогообложение за вредные выбросы. В некоторых странах этот фактор стал решающим для применения ВИЭ в локальных сетях.

Основные негативные факторы применения ВИЭ и их воздействия на локальную сеть кроются в самом принципе выработки энергии, так как она зависит от климатических условий. К примеру, исключается чисто островной режим работы:

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

ВИЭ отключаются оператором сети при появлении островного режима, в котором участвуют или участвовали бы только альтернативные источники. Второй важный фактор — это высокая волатильность при выработке самой энергии. Также можно

РИС. 2. Колебание выработки энергии ВИЭ

82 I ОТРАСЛЕВЫЕ РЕШЕНИЯ

РИС. 3. Карта применения решений MicroGrid компании АВВ

отметить слабую прогнозируемость объема выработанной энергии. Сравним графики на рис. 2. На верхнем показан пример работы солнечной станции, на нижнем — ветростанции. В обоих случаях особую роль играют климатические условия и их изменения на протяжении года. Именно в связи с этим в островных сетях, изолированных от магистральных, невозможно вырабатывать качественную электроэнергию без параллельного подключения традиционных источников. Все вышеперечисленные факторы формируют основную задачу для

MicroGrid — обеспечение сбалансированной сети. Рассмотрим подробнее комплексные решения для изолированных сетей MicroGrid, которые предлагает компания АВВ (рис. 3, табл. 1). СТАБИЛЬНОСТЬ И БАЛАНС Решение задачи по установлению сбалансированной сети усложняется за счет малых мощностей, колебаний нагрузок и ограничений на стороне генерации. Если бы генерация была построена только за счет традиционных источников с выполнением ее надлежащего резерви-

ТАБЛИЦА 1. РЕАЛИЗОВАННЫЕ ПРОЕКТЫ Название объекта/страна Gorona Del Viento / Канарские острова

Ross Island / Антарктика

Марбл-Бар / Австралия

Медный рудник DeGrussa / Австралия

Остров Кадьяк / Аляска

Описание технологии

Преимущество

Интеграция ветровых установок 5×2,3 МВт с ГАЭС мощностью 11,32 МВт и дизель-генераторами на 11 МВт. Интеграция ветровых установок 3×330 кВт с дизель-генераторами 9×125 кВт, установка стабилизатора PowerStore на 500 кВт. Интеграция фотоэлектрической установки 1×300 кВт с дизельгенераторами 4×320 кВт, установка стабилизатора PowerStore на 500 кВт. Интегрированное решение с применением фотовольтаической установки 10,6 МВт с системой накопления с дизель-генераторной установкой, установка стабилизатора PowerStore.

Первая в мире интеграция гидроаккумулирующей станции с возобновляемыми источниками, эффективное управление системой. Минимизация эксплуатации дизельгенераторов, экономия в топливе 463 000 литров/год, снижение выбросов CO2 на 2800 тонн/год. Минимизация эксплуатации дизельгенераторов, экономия в топливе 405000 литров/год, снижение выбросов CO2 на 1100 тонн/год.

Стабилизация островной сети.

Минимизация эксплуатации дизельгенераторов, экономия в топливе 5 млн литров/год, снижение выбросов CO2. Стабилизация сети с колебаниями 9 МВт, продление срока жизни аккумуляторных батарей, эффективное управление.

рования, то для контроля такой сети и ее управления требовалось бы обеспечить только мониторинг источников, правильную настройку регуляторов и вынос их на групповой уровень. Скорость регуляции выработки электрической энергии при изменении нагрузок была бы достаточной для ее качественной поставки. В случае пуска или, наоборот, неожиданного отключения «больших» потребителей это могло бы кратковременно влиять на сеть. В случае подключения ВИЭ в такую сеть помимо нестабильности в потреблении возникает риск уже на стороне генерации, что повышает требования к быстродействию всей системы в целом. Решить данную проблему можно только за счет применения эффективных инструментов стабилизации. При этом важно не только повысить КПД, но и мгновенно реагировать на любые изменения в сети, чтобы избежать потерь, которые могут привести к убыточности микросети. Для управления такой сетью необходимо использовать надежные быстрые контроллеры. Компания АВВ применяет контроллеры собственной разработки — MGC (MicroGrid Controller) (табл. 2). Для сбора данных используются как цифровые, так и аналоговые модули ввода/вывода линейки IDC, а для стабилизации сети — два основных элемента: накопитель, работающий с применением аккумуляторных батарей линейки ESV, и стабилизатор сети PowerStore, который функционирует на механическом принципе вращающего маховика с генераторным или моторным режимом работы. Основная задача накопителя — сохранение баланса сети в случае длительных изменений, т. е. накопление при избытке электрической энергии или выдача при ее дефиците. В то же время PowerStore обеспечивает стабильность сети благодаря возможности кратковременно поглощать избыток или покрывать дефицит. Время реакции такой системы составляет менее чем 150 мс, а перегрузочная способность — до 10 номинальных мощностей. АВВ производит стабилизаторы сети PowerStore трех номиналов — 500, 1000 и 1500 кВт. Соответственно, при перегрузке эффективно стабилизировать можно сети мощностью до 15 МВт. Система с контролем, накоплением, стабилизацией и параллельной эксплуатацией традиционных

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

ОТРАСЛЕВЫЕ РЕШЕНИЯ I 83

ТАБЛИЦА 2. КОНТРОЛЛЕРЫ ABB ДЛЯ MICROGRID Название/обозначение Дизель / Газовый генератор / MGC600G Вывод в распределительную сеть / MGC600F Солнечная станция / MGC600P Нагрузка / MGC600L Гидрогенератор / MGC600H Накопитель энергии / MGC600E Подключение MicroGrid к сети / MGC600N Ветростанция / MGC600W

Описание Для контроля, мониторинга и подключения дизель-газовых генераторов Для контроля, мониторинга и подключения выводов и их защит Для контроля, мониторинга и подключения солнечных инверторов Для управления, мониторинга и подключения больших нагрузок, таких как дробилки, котлы, мощные промышленные насосы и т. д. Для контроля, мониторинга и подключения гидростанций Для контроля, мониторинга и подключения накопителей АВВ или других накопителей — механических или аккумуляторных батарей Для контроля, мониторинга и подключения к другой сети или магистральной сети Для контроля, мониторинга и подключения ветростанций

РИС. 4. Построение системы MicroGrid Plus

и возобновляемых источников называется MicroGrid Plus (рис. 4). Решение PowerStore включает в себя инверторы и специальное программное обеспечение (виртуальный генератор). PowerStore поддерживает интеграцию с часто неустойчивым использованием ВИЭ и обеспечивает их эффективное применение и защиту отдаленных населенных пунктов от скачков в сети. Также PowerStore снижает вредные выбросы от традиционных источников (в основном дизельных) и общую зависимость от такого рода топлива. Высокоскоростное прикладное обеспечение контролирует поток энергии в маховике с высокой инерционностью. Это позволяет мгновенно уменьшать колебания мощности, вырабатываемой ветряками или солнечными батареями. При подключении к сети аккумуляторных батарей в виде накопителей получается полностью сбалансированная сеть, устойчивая к изменениям на стороне генерации и независимая от потребления (конечно, только до начала эффективной работы накопителей).

В рамках применения решения MicroGrid в России компания АВВ видит большой потенциал в удаленных регионах, таких как Дальний Восток, Республика Саха, а также на промышленных предприятиях

(добыча, переработка), которые либо не получают энергию от магистральных сетей, либо испытывают трудности с качеством поставляемой энергии (из-за колебаний напряжения и частоты, отключения питания и т. д.).

ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ MICROGRID:

· · · · · · · ·

газовые или дизельные генераторы; ветростанции; солнечные станции; гидростанции; другие возобновляемые источники, например геотермальные электростанции; выводы в распределительную сеть; подключение к магистральной сети или локальный сети (опционально); накопители энергии: – механические накопители и стабилизаторы (кратковременные), – аккумуляторные батареи (долгосрочные); · контролируемые потребители: – промышленные (предприятия, заводы и т. д.), – коммерческие (освещение, отопление, охлаждение офисов, магазинов и т. д.), – частные (освещение, отопление, охлаждение, насосы для бассейнов, мелкие приемники и аппараты и т. д.).

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

84 I НАЗВАНИЕ РУБРИКИ

РОЛЬ НАДЕЖНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ В АВТОМОБИЛЕ БУДУЩЕГО ФРАНК ВАН ДЕН БОЙКЕН FRANK VAN DEN BEUKEN ПЕРЕВОД: ВЛАДИМИР РЕНТЮК, ВИТАЛИЙ ШЕШУКОВ

Автомобили эволюционируют на наших глазах, превращаясь из электромеханического устройства, действующего под контролем человека, в полностью автономное транспортное средство. Сегодня большинство новых машин оборудовано современными системами помощи водителю (англ. Advanced Driver Assistance Systems, ADAS), выполняющими такие функции, как слежение за полосами движения, независимое экстренное торможение, видеонаблюдение и др. Однако в то же время экспериментальные, полностью автономные автомобили уже способны проехать миллионы миль в тестовом режиме, и это приближает нас к переломному моменту в развитии автомобильной промышленности.

ПОВЫШЕННАЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОСТЬ Современные системы помощи водителю или автономного движения состоят из датчиков, сенсоров, активаторов, радарных и лидарных систем (англ. термин от Light Identification, Lidar — лазерный дальномер). Все они объединяются в единое целое через внутренние и внешние компьютерные сети и управляются микроконтроллерами, поэтому такой автомобиль можно назвать «Интернетом на колесах» (англ. Internet on Wheels). Кроме того, машины могут обмениваться данными между собой, по техноло-

гии V to V, а также с инфраструктурой (V to I) — светофорами, дорожными знаками и навигационными спутниковыми системами, например уже привычной системой глобального позиционирования, или GPS. Для реализации этого комплекса возможностей, естественно, нужно программное обеспечение (ПО), т. е. более 100 миллионов линий кода. Сюда входят коды для различных приложений, операционные системы (ОС) и ПО для организации сетевых коммуникаций и интерфейсов с датчиками и сенсорами, приводами и водительскими экранами.

ПОВЫШЕННАЯ УЯЗВИМОСТЬ По мере усложнения электронных систем транспортных средств (ТС) все острее становится вопрос их надежности и безопасности. Из-за обмена данными по каналу V to X (от машины к некоему объекту Х) автомобили более подвержены внешним атакам. Уже бывали случаи, когда третья сторона получала контроль над, например, машиной производства компании Jeep и управляла им вместо водителя. Еще одна уязвимость добавляется со стороны владельца автомобиля. Все производители машин для мониторинга многочисленных пара-

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

ОТРАСЛЕВЫЕ РЕШЕНИЯ I 85

метров двигателя и поиска неисправностей используют бортовую диагностику (англ. On Board Diagnostics, OBD). Спецификация нтерфейса соединителя OBD II сейчас общедоступна, и, если вы наберете в строке поиска Google «OBD II», он выдаст вам массу устройств с подключением по Bluetooth, которые позволяют контролировать и отслеживать состояние двигателя с помощью смартфона. Это также делает систему управления двигателем открытой для недоброжелателей. В недавней статье исследователей Мичиганского университета было описано использование прямого подключения ноутбука к OBD для перехвата управления большим грузовиком и школьным автобусом. Кроме того, из-за огромного размера программного кода его надежность тоже является критическим параметром. К примеру, случай с непреднамеренным ускорением, произошедший с автомобилем Toyota, показал, что используемый сейчас код содержит модули, написанные очень давно и не соответствующие современным стандартам качества. Поэтому при создании кода необходимо ориентироваться на стандарты, предъявляющие более высокие требования. ВОПРОСЫ СТАНДАРТИЗАЦИИ В 2011 г. был издан специальный стандарт безопасности для автомобилей — ISO 262621 [1], являющийся адаптацией функционального стандарта безопасности IEC 615082 [3, 4]. Новый стандарт фокусируется на требованиях к электрическим и электронным системам, которые используются в серийном производстве легковых автомобилей, и применяется ко всем процессам, происходящим в этих системах безопасности на протяжении всего срока службы. Он также включает требования к качеству ПО. Чтобы обеспечить анализ и определение рисков, связанных с подсистемами, этот стандарт использует подход, основанный на уровнях полноты безопасности автомобиля (англ. Automotive Safety Integrity Level, ASIL). Все подсистемы делятся на уровни от A до D, где A — наименьший уровень эксплуатационной безопасности, а D — наивысший, который содержит самые жесткие требования. Эти уровни дополняет

класс управления качеством (англ. Quality Management, QM), указывающий на отсутствие требования соблюдать ISO 26262, т. е. на то, что ответственность за гарантию качества лежит на разработчике. Также ASIL определяет параметры серьезности риска, вероятности воздействия и управляемости. Особого внимания требует последний. Параметр управляемости предполагает, что водитель находится в надлежащем состоянии для вождения, имеет водительские права, соблюдает все правовые нормы, включая требования к техобслуживанию, а также выполняет ПДД. В скором времени правила дорожного движения необходимо будет адаптировать таким образом, чтобы в том случае, когда автоматизированная система вождения находится в действии, водителю не приходилось следить за ситуацией, пока система не потребует его вмешательства. Поэтому важнейшее значение имеет правильное функционирование системы в части своевременного и правильного уведомления водителя и передачи управления человеку. Если уведомления не приходят, водитель не будет владеть ситуацией и может попасть в аварию, как это недавно случилось с автомобилем компании Tesla. Если же не произойдет передача управления, водитель тоже не сможет избежать опасности. Такие ситуации всегда должны относиться к самому высокому классу контроля (C3), который предполагает, что не менее 90% всех водителей и других участников дорожного движения в состоянии не попасть в аварию. Тому, как правильно разработать ПО, чтобы написать достаточно надежный код для работы в системе, соответствующей уровню ASIL, посвящена шестая часть стандарта ISO 262623 [7]. Существует еще один стандарт для машин — J30164 [9], разработанный Сообществом автомобильных инженеров, известным как SAE (англ. The Society of Automotive Engineers). В нем автоматизация управления автомобилем разделена на шесть классов, от ТС «без автоматизации» до «пол-

ной автоматизации» (таблица). Автоматизированные системы управления, отнесенные к третьему классу и выше, используют ПО, которое для того, чтобы смоделировать окружающую обстановку, собирает данные с датчиков и затем, в зависимости от задачи, решает, как помочь водителю или как управлять ТС. У этого ПО есть и другие важные задачи, такие как определение того, правильно ли функционируют датчики, когда выдавать водителю предупреждения и в каких случаях необходимо передавать управление человеку. ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВО Несомненно, ПДД необходимо будет изменить с учетом применения автоматизированных систем вождения, особенно в области ответственности и конфиденциальности. Многие правительства уже предприняли определенные законодательные инициативы в этой сфере. Национальное управление безопасностью движения на трассах министерства транспорта США (National Highway Traffic Safety Administration) предложило официальную систему классификации, которая определяет пять уровней автоматизации управления. Начиная с уровня, когда водитель полностью контролирует ТС во все время движения, и заканчивая уровнем, когда ТС осуществляет управление критически важными функциями на протяжении всей поездки, не нуждаясь во вмешательстве водителя. Кроме того, у каждого штата США свой подход к этому вопросу. Так, Невада еще в 2011 г. стала первым штатом, разрешившим эксплуатацию автономных ТС и проведение испытаний технологий автономного вождения на дорогах общего пользования. За ней последовали Калифорния, Флорида, Мичиган, Северная Дакота, Теннесси и округ Колумбия (Washington DC). Что касается ЕС, в январе 2014 г. стартовал европейский исследовательский проект AdaptIVe (Automated Driving Applications & Technologies for Intelligent Vehicles — «Автома-

1 В РФ в этой области действует стандарт ГОСТ Р ИСО 26262-1-2014[2], который идентичен международному стандарту ИСО 26262-1:2011 и определяет термины в части функциональной безопасности. — Прим. пер. 2 В РФ в этой области действуют стандарт ГОСТ Р МЭК 61508-1-2012 [5], идентичный международному стандарту МЭК 61508-1:2010, который определяет общие требования, и стандарт ГОСТ Р МЭК 61508-2-2012 [6], идентичный международному стандарту МЭК 61508-2:2010 и содержащий требования к системам. — Прим. пер. 3 В РФ в этой области действует стандарт ГОСТ Р ИСО 26262-6-2014 [8], идентичный международному стандарту ИСО 26262-6:2011, который определяет требования к разработке ПО изделия. — Прим. пер. 4 Текущая версия 2016-09-30, аналогов в РФ не имеет. — Прим. пер.

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

86 I ОТРАСЛЕВЫЕ РЕШЕНИЯ

тизированные приложения и технологии вождения для интеллектуальных транспортных средств»). В его рамках разрабатываются различные функции автоматического вождения для ежедневного использования, которые динамически

адаптируют уровень автоматизации в соответствии с дорожной ситуацией и состоянием водителя. Проект также затрагивает ряд правовых вопросов, которые могут повлиять на успешный вывод на рынок данных технологий.

Для решения этой задачи при поддержке Евросоюза было организовано движение «Автоматизация транспортных средств и дорог» (англ. Vehicle & Road Automation, VRA), которое призвано создать сообщество экспертов и других заинтересо-

Возможности системы автоматики (режимы вождения)

Отклик на предупреждения по обратной связи во время вождения

Мониторинг вождения

Рулевое управление и управление ускорением / торможением

Общее определение

Наименование

Уровень автоматизации согласно SAE

ТАБЛИЦА. ШЕСТЬ КЛАССОВ АВТОМАТИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ АВТОМОБИЛЕМ

Водитель самостоятельно отслеживает ситуацию и управляет процессом вождения Управление режимом движения осуществляется непосредственно самим водителем при помощи системы рулевого управления или путем управления Без участия режимом ускорения / торможения, на основании Водитель Водитель Водитель – автоматики воспринимаемой непосредственно им самим информации о дорожной обстановке. Водитель самостоятельно выполняет все необходимые действия в зависимости от текущей задачи по управлению ТС. Режим движения обеспечивается одной или несколькими системами поддержки водителя как в части рулевого управления, так и посредством Водитель Некоторые режимов ускорения / торможения. Для этого Помощь используется информация об окружающей обстановке, и система Водитель Водитель режимы водителю которую также предоставляют системы поддержки автоматики движения водителя. Водитель самостоятельно предпринимает все необходимые действия для выполнения текущей задачи по управлению ТС. Частичное управление режимом движения путем применения одной или нескольких систем автоматизации и помощи водителю в части рулевого Некоторые Частичная управления и режимов ускорения / торможения, Система Водитель Водитель режимы автоматизация с использованием информации об окружающей автоматики движения вождения дорожной обстановке. Водитель самостоятельно предпринимает все необходимые действия для выполнения текущей задачи по управлению ТС. Управление автомобилем осуществляет автоматизированная система вождения, которая контролирует процесс вождения В зависимости от конкретной дорожной обстановки производительность автоматизированной системы управления всеми аспектами, необходимыми для Некоторые В зависимости Система Система вождения ТС, позволяет организовать управление ТС, Водитель режимы от условий автоматики автоматики даже если водитель должным образом не отвечает движения на запрос о необходимости принятия тех или иных конкретных мер. Производительность автоматизированной системы управления всеми аспектами, необходимыми для Высокая Некоторые вождения ТС, позволяет организовать его управление, Система Система Система автоматизация режимы даже если водитель должным образом не отвечает автоматики автоматики автоматики вождения движения на запрос о необходимости принятия тех или иных конкретных мер по управлению ТС. Полное непрерывное управление движением ТС с помощью автоматизированной системы вождения. Полная Осуществляется путем управления всеми режимами Система Система Система Все режимы автоматизация вождения, которыми может управлять водитель автоматики автоматики автоматики движения вождения данного ТС, во всех возможных ситуациях на дороге и при любых условиях вождения. #4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

ОТРАСЛЕВЫЕ РЕШЕНИЯ I 87

ванных сторон для развития автоматизированных ТС и сопутствующей инфраструктуры в Европе. В этом направлении работают и некоторые компании. Так, Volkswagen принимает активное участие в формировании европейского законодательства, включая разработку прогрессивной поправки к Правилам 79 ЕЭК (ЕЭК — Европейская экономическая комиссия ООН) в отношении рулевого оборудования. Правительство Японии тоже ведет подготовку законов, регулирующих использование автомобилей без водителя. Специалисты уже создали классификацию автоматизированного вождения: она делится на четыре класса, один из которых — это полностью автономное вождение. В Китае компания Baidu также работает над созданием автономного автомобиля в сотрудничестве с компанией BMW. Китайское законодательство достаточно гибкое, что позволяет правительству быстро вносить необходимые изменения. Однако сложность поставленных перед ними задач не будет отличаться от других стран. Индия тоже задумывается над проблемой автономного вождения, но ее решению мешают трудноизменяемое законодательство и сложности с внедрением нужных правил из-за различий в инфраструктуре. ПОДХОДЫ К РАЗРАБОТКЕ С учетом всего вышесказанного можно выделить одну из основных проблем в этой области — как же создать код ПО, который был бы и безопасным, и надежным? Как уже упоминалось, стандарт ISO 26262 запускает процесс разработки такого кода, который включает в себя стандарты кодирования и инструменты проверки кода. Обеспечение безопасности системы начинается с разработки таких функций, как: • Разделение приложений. Подразумевается, в частности, разделение с помощью брандмауэров на приложения с критической безопасностью (таких как рулевое управление и тормоза), менее критичные приложения и на те, которые имеют связь с окружающим миром (например, информационноразвлекательные). • Ограничение в части коммуникации.

•

Проверка и утверждение (валидация) принимаемых и передаваемых данных. Поскольку основная часть ПО в этой отрасли пишется на языке С, хорошей отправной точкой для безопасного и надежного кода является стандарт разработки ПО на языке С в рамках стандарта MISRA C:2012 (MISRA 3) 5. Он обеспечивает набор правил для написания программ на языке C, которые, наряду с отсутствием неопределенности поведения, включают в себя правила, улучшающие обслуживание, проверяемость, компактность и читабельность исходного кода. Также правила MISRA во многом совпадают с таблицами соответствия ISO 26262-6. Недавно MISRA опубликовала изменение 1 к MISRA 3. Оно содержит 14 новых правил, которые позволят еще шире использовать MISRA в сфере разработки безопасных систем. В соответствии со стандартом ISO 26262 неотъемлемой частью разработки являются и соответствующие инструменты. Так, программы статического анализа кода являются важной составляющей управления качеством кода, обеспечивая как контроль качества кода, так и его соответствие стандартам кодирования, таким как MISRA. Программы тестирования дают дополнительную уверенность в качестве ПО, а программы проверки измеряют, насколько хорошо ПО выполняет свои функции. Таким образом, мы видим, что уже сейчас можно создавать и без-

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

опасные ТС, и надежное ПО. При этом организации, которые уже перестроили свои процессы разработки в соответствии с требованиями ISO 26262, обнаружили, что даже на начальном этапе внедрения и обучения они начинают выигрывать в части эффективности и получают от этого дополнительную прибыль. ЛИТЕРАТУРА 1. ISO 26262-1:2011 «Road vehicles — Functional safety — Part 1: Vocabulary». 2. ГОСТ Р ИСО 26262-1-2014 «Дорожные транспортные средства. Функциональная безопасность. Часть 1. Термины и определения». 3. IEC 61508-1:2010 «Functional safety of electrical/ electronic/programmable electronic safety-related systems — Part 1: General requirements». 4. IEC 61508-2:2010 «Functional safety of electrical/ electronic/programmable electronic safety-related systems — Part 2. Requirements for electrical/electronic/ programmable electronic safety-related systems». 5. ГОСТ Р МЭК 61508-1-2012 «Функциональная безопасность систем электрических, электронных, программируемых электронных, связанных с безопасностью. Часть 1. Общие требования». 6. ГОСТ Р МЭК 61508-2-2012 «Функциональная безопасность систем электрических, электронных, программируемых электронных, связанных с безопасностью. Часть 2. Требования к системам». 7. ISO 26262-6:2011 «Road vehicles — Functional safety — Part 6: Product development at the soﬅware level». 8. ГОСТ Р ИСО 26262-6-2014 «Дорожные транспортные средства. Функциональная безопасность. Часть 6. Разработка программного обеспечения изделия». 9. J3016_20160 «Taxonomy and Deﬁnitions for Terms Related to On-Road Motor Vehicle Automated Driving Systems». 5 MISRA (Motor Industry Soﬅware Reliability Association) — международная ассоциация, в числе прочего публикующая рекомендации по программированию на языках С и С++. — Прим. пер.

88 I НАЗВАНИЕ РУБРИКИ

САУ ЭНТРОМАТИК НА БАЗЕ КОНТРОЛЛЕРОВ UNITRONICS ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ КОТЕЛЬНЫМИ В данной статье для осуществления контроля и эффективного управления котельными, которые оснащены водогрейными и (или) паровыми котлами марки «Термотехник», предлагается использовать системы автоматизированного управления «Энтроматик», созданные на базе контроллеров компании Unitronics. Приборы, разработанные и произведенные ООО «Энтророс», делают процесс производства тепловой энергии максимально экономичным и безопасным.

РИС. 1. Внешний вид СУ «Энтроматик 100М (101)»

При разработке системы автоматизированного управления (САУ) «Энтроматик» как серийного продукта было необходимо выбрать контроллер с малыми габаритными размерами, низкой ценовой нагрузкой и возможностями конфигурирования состава средств автоматизации (ПЛК) под стандартные тепловые решения. После мониторинга рынка контроллеров было выявлено, что контроллеры компании Unitronics полностью удовлетворяют этим требованиям. Стандартный подход к проектированию автоматизации котельных сводится к индивидуальным решениям под конкретный объект, однако компания «Энтророс» пошла по пути разработки готового решения серийного производства — САУ «Энтроматик». Это позволит потенциальным заказчикам сократить время и средства на раз#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

ОТРАСЛЕВЫЕ РЕШЕНИЯ I 89

работку проекта и получить гарантированную техническую поддержку в период эксплуатации. В качестве примера приведем автоматику для водогрейных котлов «Энтроматик 100М» и «Энтроматик 101» (рис. 1–2), созданную на базе контроллеров Unitronics — V120-22-R6C («Энтроматик 100М») и V120-22-R2C («Энтроматик-101»). Почему были выбраны именно эти ПЛК? Автоматика должна быть простой в обслуживании, привлекательной по цене и достаточно надежной. Преимуществами контроллеров Unitronics данной модели являются габаритные размеры и возможности конфигурирования функционала в зависимости от состава оборудования котельной (рис. 3), что позволяет потенциальному заказчику не переплачивать за лишний функционал (как зачастую происходит при индивидуальном подходе к проектированию). Рассмотрим один из примеров конфигурации. Котельная состоит из трех отопительных котлов «Термотехник» с установленными на них модулируемыми горелками. Используется два отопительных контура и один контур ГВС с частотным регулированием. В этом случае заказчику достаточно приобрести автоматику, состоящую из «Энтроматик 100М» (для одного ведущего котла), «Энтроматик 101» (для двух ведомых котлов) и, как отдельную опцию, блоки расширения (IO-AI4-AO2, IO-RO16) для управления контурами отопления

РИС. 2. Главный информационный экран

и ГВС. Если в котельной нет контуров отопления и ГВС, то блоки расширения не понадобятся. В этой конфигурации ведущий контроллер V12022-R6C дополнительно выполняет функцию каскадного управления, собирая информацию от ведомых контроллеров V120-22-R2C по цифровой шине CANbus. Кроме того, предусмотрена возможность диспетчеризации котлового оборудования по протоколу Modbus при подключении к порту двух контроллеров. Модульный принцип автоматизации хорош тем, что потенциальный

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

заказчик не переплачивает за неиспользуемые функции, т. е. все входы/ выходы контроллера задействованы по максимуму. Стоит отметить, что контроллер позволяет работать без включенных блоков расширения, несмотря на то, что они заданы в конфигурации программного обеспечения VisiLogic. Активировать блоки можно непосредственно с экрана контроллера (рис. 4). Есть и упрощенный вариант (и, соответственно, более дешевый) котловой автоматики — «Энтроматик 110М»

РИС. 3. Один из вариантов конфигурации

90 I ОТРАСЛЕВЫЕ РЕШЕНИЯ

РИС. 4. Активация блоков расширения с экрана контроллера

РИС. 5. Внешний вид «Энтроматик 110М»

РИС. 6. Автоматика для парового котла ЕВС501.10

(рис. 5), разработанный на базе контроллера V120-22-R6C. А серийная автоматика для паровых котлов EBC501.10 (рис. 6) основана на контроллере V570-57-T20BE5B. «Энтророс» уже более 10 лет производит и продает свою продукцию по всей России и ближнему зарубежью, в частности в Белоруссии и Казахстане. Компания стремится расширить свое присутствие на рынке теплоэнергетики, предоставляя потенциальным заказчикам возможность сократить затраты на всех этапах реализации проектов, от проектирования до эксплуатации. В планах компании выпустить в производство прямоточные паровые котлы и собственные горелки, и автоматизация этого оборудования — дело ближайшего будущего. Благодаря успешному опыту сотрудничества «Энтророс» продолжит применять в автоматизации котлового оборудования контроллеры от Unitronics. «Опыт использования продукции компании Unitronics показал, что я не знаю все возможности контроллеров и программного обеспечения, потому что опираюсь на информацию от тех людей, которые этот контроллер только эксплуатируют. Чтобы это исправить, компания «Энтророс» проводит обучение специалистов, и мне, как разработчику, необходимо сделать так, чтобы все функции контроллера были удобны и понятны. В частности, это касается использования различных программных утилит, разработанных компанией Unitronics, в эксплуатационной практике. Например, утилита SD Card Suite позволяет записывать технологические параметры парового котла и аварийные события на SD-карту и в дальнейшем использовать эти данные для создания отчетов. А UniOPC Server дает возможность заказчику выполнить диспетчеризацию автоматики с выводом информации в существующую SCADA-программу», — говорит Дмитрий Федоров, начальник сектора специальных разработок компании «Энтророс». По материалам компании «Клинкманн» — официального дистрибьютора Unitronics в РФ +7 (812) 327-3752 klinkmann@klinkmann.spb.ru www.klinkmann.ru #4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

НАЗВАНИЕ РУБРИКИ I 91

ПОДКЛЮЧЕННЫЙ АВТОМОБИЛЬ БРОСАЕТ НОВЫЕ ВЫЗОВЫ СЮНГ ТАЕК ЧАНГ SEUNG TAEK CHANG

Чтобы поддержать революцию «подключенного автомобиля» вопреки постоянно растущей сложности и стоимости приложений V2V (машина-машина), V2I (машина-инфраструктура), V2P (машина-пешеход), V2N (машина-сеть), V2G (машина-энергосеть), V2H (машина-дом) и в конечном итоге V2X (машина-все на свете), производителям автомобильной электроники приходится буквально превращаться в фокусников. Статья познакомит читателей с интересными технологиями, проблемами и решениями, появившимися в этой области..

РИС. 1. Решения компании Keysight для измерения помех, создаваемых радиосигналами различных форматов, путем захвата, анализа и воспроизведения этих сигналов: а) тестируемое устройство; б) векторный анализатор сигналов

В мире все переменчиво, и границы между различными технологиями постепенно стираются. Такое слияние технологий можно увидеть и на примере автомобильной промышленности. В ней наблюдается не только широкое применение новых электрохимических технологий в более эффективных аккумуля-

торах в электро- и гибридных автомобилях — бок о бок с переходом автомобилей на электрическую тягу происходит экспоненциальный рост интеграции различных коммуникационных технологий, используемых для создания «подключенного автомобиля». Повышение технической сложности ставит новые задачи перед

автомобильной промышленностью, которая вынуждена жонглировать ценами, стараясь не отстать при этом от постоянно растущих требований к безопасности и удобству.

НА СВЯЗИ В 1970-е гг. телефоны подключались с помощью провода и имели дисковые номеронабиратели. Если в пути случалось что-то неожиданное, вы не могли позвонить, пока не доберетесь до дома или до ближайшего места с телефоном. А сегодня вы можете получить сообщение от члена вашей семьи прямо в машине и по пути домой купить по его просьбе пакет молока. На этом примере видно слияние автомобильных и коммуникационных технологий. Оставаться на связи — это уже не просто требование этикета: наличие технологии, обеспечивающей связь с человеком в пути, становится обязательным требованием.

ТЕЛЕМАТИКА Технология, важность которой для «подключенного автомобиля» трудно переоценить, это телематика. Она объединяет телекоммуникации с информатикой, а поскольку коммуникационные технологии развиваются весьма стремительно, это порождает определенные проблемы не только в плане выработки международных промышленных стандартов, но и в плане поиска необходимых решений для проектирования и тестирования, гарантирующих достаточно надежную проверку сети

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

92 I ПЕРСПЕКТИВА

безопасности перед тем, как водитель сядет за руль. Телематические приложения опираются на применение таких беспроводных технологий, как DSRC (802.11p) и сотовая связь, обеспечивая взаимодействие типа V2V, V2I, V2N и V2X. Европейская комиссия постановила, что с апреля 2018 г. все новые автомобили должны в обязательном порядке оборудоваться модулем экстренного вызова eCall. В случае серьезной аварии внутренняя система автомобиля (IVS) сможет доложить об аварийной ситуации в центр обеспечения безопасности (PSAP) через платформу eCall. В других странах тоже имеются или скоро появятся соответствующие законы, направленные на спасение жизней в дорожно-транспортных происшествиях. Например, Россия уже ввела в эксплуатацию платформу ЭРАГЛОНАСС. Впрочем, и в повседневной жизни телематика предоставляет множество удобств как для водителя, так и для пассажиров. Например, голодный водитель может с ее помощью узнать о ближайших точках, где можно найти еду. Это способствует появлению нового сегмента рынка бортовой рекламы, посвященной всему — от кафе до лечебных учреждений.

Что касается других приложений, благодаря некоторым производителям уже можно автоматически передавать диагностическую информацию о текущих неисправностях автомобиля или прогнозировать потенциальные отказы, оповещая водителя о необходимости профилактического обслуживания во избежание поломки автомобиля прямо на трассе. Кроме того, несколько производителей автомобилей уже предлагают частные услуги аварийных вызовов в чрезвычайных ситуациях с возможностью передачи детальных сведений по государственным или публичным каналам eCall. Европейская комиссия определила для eCall минимальный набор передаваемых данных (MSD), включающий тип транспортного средства, идентификационный номер, тип топлива (бензин, дизельное топливо, сжатый природный газ и т. п.), время, местоположение, направление и т. д. А частные системы eCall могут предоставлять дополнительную детальную информацию, такую как полоса движения, километровый знак, наименование автострады, цвет автомобиля, номерной знак, модель и т. п. Эта жизненно важная информация может повысить эффективность работы спасателей. По мере удешевления используемых

технологий и роста популярности подобных услуг такие телематические приложения станут применять и в автомобилях среднего и низшего класса. ПРОБЛЕМЫ И РЕШЕНИЯ Стремительный рост числа телематических приложений во всех автомобилях уже способствовал появлению определенных проблем проектирования и тестирования. Остановимся подробнее на трех примерах таких проблем: помехах, затухании и проверке eCall. По мере внедрения в телематические узлы все большего числа беспроводных технологий обостряется проблема совместимости и взаимных помех. Например, в одном передающем модуле могут использоваться стандарты сотовой связи 2G/3G/4G, беспроводные сети WLAN(a/b/g/n/p/ ac/ax), а также Bluetooth и GNSS, в результате чего сложность тестирования возрастает в геометрической прогрессии. Программные и аппаратные решения для генерации и анализа сигналов от компании Keysight позволяют решать проблемы помех при сосуществовании сигналов на близких частотах, как показано на рис. 1. Другая проблема, которую приходится решать разработчикам

РИС. 2. Решения для генерации и анализа сигналов компании Keysight, позволяющие моделировать затухание в канале #4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

ПЕРСПЕКТИВА I 93

ходимые системе IVS для сборки MSD. Такая схема позволяет проверять способность IVS-модема, подавать сигнал экстренного вызова, отправлять корректные данные MSD и устанавливать голосовое соединение с PSAP — независимо от какойлибо реальной сети мобильной связи. ЕДЕМ ДАЛЬШЕ Автомобильная промышленность продолжает привлекать все большее число беспроводных технологий в стремлении помочь водителям подключаться к разным информационным сетям. Поэтому производители автомобильной электроники испытывают потребность в новых контрольно-измерительных решениях, обеспечивающих всеобъемлющие тесты, которые гарантируют устойчивость соединения — в конечном итоге определяющего качество и безопасность каждой поездки. Одной из интересных тем, обсуждаемых в автомобильной промышленности и касающихся будущей судьбы «подключенного автомобиля», является растущая роль сотовой связи для соединений V2V и V2X по сравнению

«подключенного автомобиля», заключается в проверке параметров приемника при затухании в процессе движения. Например, стандарт IEEE определяет модели радиоканалов 802.11p DSRC V2V, предназначенные для моделирования нескольких сценариев, включая связь в пределах прямой видимости в сельской местности (LOS), сближение в условиях городской застройки (LOS), пересечение улицы вне зоны видимости (NLOS), LOS на автостраде и NLOS на автостраде. Программное обеспечение Signal Studio и генераторы сигналов компании Keysight позволяют моделировать затухание в канале (рис. 2). При проектировании и тестировании систем eCall и ЭРА-ГЛОНАСС решение Keysight E6950A выполняет сквозное функциональное тестирование и тестирование модулей eCall в соответствии с требованиями стандарта, также предоставляя возможность анализа характеристик аудиосистемы. Программа eCall воспроизводит работу PSAP и управляет эмулятором сети для имитации сотовой сети, а генератор сигналов генерирует координаты GNSS, необ-

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

с готовым и проверенным решением 802.11p DSRC, использующим нелицензируемые частотные диапазоны. В качестве двух примеров сотового V2X можно привести LTE-V в соответствии с 3GPP ред. 14 и 5G. Компания Keysight сотрудничает с разработчиками на рынке LTE-V, стремясь решить проблемы тестирования устройств. Кроме того, компания недавно стала членом Автомобильной ассоциации 5G (5GAA), чтобы получить возможность сотрудничества с лидерами в области радиосвязи и автомобилестроения для выработки сценариев тестирования автомобильной электроники 5-го поколения, определения процесса сертификации, решения проблем тестирования и совместимости систем V2X и поддержки пробных проектов. Системы 5G, нацеленные на обеспечение задержки в 1 мс, надежности на 99,9% и в 100 раз больших скоростей передачи данных по сравнению с 4G, дадут массу преимуществ автомобильной промышленности, хотя и породят очередные проблемы проектирования и тестирования, которые еще предстоит решить.

94 I НАЗВАНИЕ РУБРИКИ

ПЯТЬ ПОЛЕЗНЫХ ИННОВАЦИЙ В АВТОМОБИЛЬНОЙ ОТРАСЛИ ДЖИМ СЕЛЛИТТО JIM SELLITTO ЛАУРА МАНН LAURA MANN

Автомобильная промышленность значительно улучшилась технологически и достигла высокого уровня безопасности производства. Вниманию читателей предлагаются пять достижений в этой области, на которые могут ориентироваться и производители из других отраслей.

1. ПРОСЛЕЖИВАЕМОСТЬ И СБОР ДАННЫХ Ежедневно производятся тысячи самых разнообразных автомобильных деталей. В связи с этим в автомобильной промышленности появилась тенденция иметь способность отслеживать и собирать данные по этим деталям и сборке из них узлов и агрегатов на протяжении всего процесса производства на предприятии. Детали обычно маркируются двумерным матричным штрихкодом (или QR-кодом), представляющим собой черно-белые элементы или элементы двух степеней яркости, обычно в форме квадрата.

А сборки, размещенные на поддонах или платформах, отслеживаются с помощью меток радиочастотной идентификации RFID (Radio Frequency IDentification) — одной из технологий неконтактной радиочастотной маркировки. Все данные собираются программируемым логическим контроллером (англ. Programmable Logic Controller, PLC) и отправляются для анализа в базу данных структурированного запроса SQL (Structured Query Language, SQL — язык программирования, который применяется для создания, модификации и управления данными в реляционной базе данных, управ-

ляемой соответствующей системой управления). Благодаря собранным данным на автомобилестроительных предприятиях можно видеть полную историю деталей и сборки, а при необходимости — уведомлять операторов о необходимости провести техническое обслуживание того или иного оборудования, замену инструментов и подшипников или выполнить те или иные мероприятия для повышения эффективности производства. Все это помогает предотвратить возможные проблемы с качеством и избежать отзыва конечной продукции на предприятие для их устранения.

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

ИННОВАЦИИ I 95

2. ОБНОВЛЕНИЕ УСТАРЕВШЕГО ОБОРУДОВАНИЯ И ПОДКЛЮЧЕНИЕ К СЕТИ В автомобильной промышленности, как и в любой другой отрасли индустрии необходимо, чтобы производственные системы работали максимально четко, без каких-либо проблем. Изменения оборудования оказывают большое влияние на бюджет и время, требующееся для изготовления продукции. Для повышения надежности и сокращения времени простоя все более заметной тенденцией становится модернизация такого оборудования, как: PLC, человеко-машинные интерфейсы (англ. Human-Machine Interface, HMI), сервоприводы и частотнорегулируемые приводы (англ. Variable Frequency Drive, VFD). Еще одна тенденция — это переход на сетевые технологии Ethernet (в общем понимании пакетной передачи данных для компьютерных сетей). В первую очередь Ethernet предназначен для обеспечения связи между цехом и головным офисом и от одного оборудования к другому (рис.). Он позволяет не только собирать данные, но и анализировать их, а также иметь оперативную информацию и отчетность об общей эффективности использования оригинального оборудования (англ. Overall Equipment Efficiency, OEE). Кроме того, Ethernet дает сотрудникам возможность выполнять свои обязанности удаленно, что важно для работы в определенных условиях. 3. СИСТЕМЫ МАШИННОГО ЗРЕНИЯ На автомобильных заводах системы машинного зрения используются для контроля наличия деталей на линии (конвейере) или правильности их изготовления. Такие системы не устают и могут проверять детали и заготовки быстрее и с большей точностью, чем это способны делать люди, что в целом помогает снизить общие издержки, связанные с производственным браком. 4. РОБОТЫ Роботизированные системы отличаются высокой повторяемостью выполняемых ими операций и точностью изготовления деталей и сборок, что, собственно, и требуется в автомобильной промышленности. Они

не болеют, не устают и не подвержены травматизму, поэтому особенно полезны для применения в таких опасных средах, как цеха покраски и сварки. Робот-манипулятор также может поднимать и устанавливать тяжелые детали и узлы на автомобильной линии, что помогает избежать травматизма операторов такого оборудования, вероятность которого в автомобильной промышленности достаточно высока. Несомненно, роботы — это дорогостоящие инвестиции в оборудование, программное обеспечение, программирование и интеграцию в технологический процесс, но в долгосрочной перспективе их участие в производстве может сэкономить и время, и деньги, не говоря уже о том, что они обеспечат безопасность работников. 5. СИСТЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ НА ПРОИЗВОДСТВЕ Безопасность персонала всегда должна быть приоритетом номер один на любом предприятии. Управление по охране труда — управление в Министерстве труда США, которое занимается вопросами охраны труда и профилактики профзаболеваний (англ. Occupational Safety and Health Administration, OSHA) — разрабо-

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

тало рекомендации и эргономические программы, специально предназначенные для автомобильной промышленности. Для обеспечения безопасности они предписывают применять такое оборудование, как световые барьеры и завесы, кнопки аварийной остановки (т. н. кнопки E-stop или Emergency Stop, которые используются, например, для экстренного останова станка с ЧПУ), защитные коврики, сканеры зон и средства индивидуальной защиты. И это лишь некоторые из функций и средств обеспечения безопасности, которые рекомендуется использовать на автомобильном заводе. Наиболее продвинутые средства обеспечения безопасности и устранения даже потенциальных травм могут самостоятельно отключать оборудование в тот момент, как только работник входит в небезопасную для него окружающую среду, причем не только двумерную (по площади), но и трехмерную (по объему), которая является потенциально опасной именно на текущий момент времени. Все эти устройства не только предотвращают возможные инциденты, но, что более важно, делают работу персонала предприятия более безопасной и дают е м у в о з м ож н о с т ь п р о дол ж а т ь выполнять свою работу.

РИС. Ethernet-подключение позволяет производителям автомобилей отслеживать и собирать данные со всех этапов сборочного процесса

96 I НАЗВАНИЕ РУБРИКИ

МОДЕРНИЗАЦИЯ МАГНИТОГОРСКОГО МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КОМБИНАТА КОНСТАНТИН БРИТВИН Konstantin.Britvin@schneider-electric.com

Комплексный проект модернизации системы автоматизации и электроснабжения в дымососном отделении кислородно-конвертерного цеха Магнитогорского металлургического комбината (ММК) позволил снизить потребление электроэнергии до 36% ежемесячной нормы и обеспечил бесперебойную работу критически важного технологического участка. Проект реализован компанией Schneider Electric совместно с ООО «ГПБ-Энергоэффект» по энергосервисной схеме. Это избавило конечного заказчика от необходимости делать первоначальные капитальные вложения: стоимость оборудования и проведенных работ покроется средствами, сэкономленными на плате за электричество. ВЫБОР ПАРТНЕРА ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО ПРОЕКТА ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (Челябинская область) выпускает более 12 млн тонн стали в год и входит в число крупнейших производителей черного металлопроката в России и мире. Это производственный комплекс полного цикла, выполняющий все операции — от подготовки сырья до его глубокой переработки. Важным звеном в организации технологических процессов на предприятии служит дымососное отделение кислородноконвертерного цеха (ККЦ), которое обеспечивает удаление газов, в большом количестве образующихся при плавке металла. Этот участок обслуживает сразу несколько установок по выпуску основной продукции, поэтому перебои в его работе совершенно недопустимы. В дымососном отделении установлено три синхронных двигателя, работающих на напряжении

10 кВ и суммарной мощностью более 17 МВт, которые обеспечивают эвакуацию конвертерных газов. Работа этих мощных потребителей ранее регулировалась механически, что влекло за собой существенные потери электроэнергии. Кроме того, оборудование, обеспечивавшее электропитание двигателей, характеризовалось высокой степенью износа. Поддержание его работоспособности требовало от службы эксплуатации регулярного и трудоемкого обслуживания. Кроме того, высокое энергопотребление цеха не соответствовало современным стандартам, поэтому в 2013 г., в рамках развернувшейся на комбинате масштабной кампании по повышению энергоэффективности, было принято решение о модернизации ККЦ. В качестве партнера была выбрана компания Schneider Electric — один из мировых экспертов в области систем автоматизации и управления энергией. История сотрудничества ММК и международного вендора

к тому моменту насчитывала уже порядка 20 лет, однако впервые речь шла не об отдельных поставках оборудования, а о комплексном проекте модернизации. Специалисты комбината тщательно продумали техническое задание. Одним из их требований было проведение работ в условиях действующего производства с минимизацией времени остановок оборудования. В итоге в 2016 г. в ККЦ был внедрен автоматизированный комплекс управления приводами дымососов и системы утилизации конвертерных газов. ПОДСЧЕТ РАСХОДОВ Проект модернизации оборудования дымососного отделения был реализован по энергосервисной схеме с привлечением финансового партнера — дочерней структуры «Газпромбанка» «ГПБ-Энергоэффект». Перед заключением договора компания Schneider Electric подготовила технико-экономическое обоснование

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

ПРИМЕНЕНИЯ И ПРОЕКТЫ I 97

проекта. С учетом особенностей техпроцессов на объекте заказчика был предложен комплекс мер по повышению энергоэффективности и рассчитан прогнозируемый уровень энергопотребления. Затем была найдена разность между текущим средним потреблением и прогнозируемым. Полученную величину умножили на ожидаемую стоимость электроэнергии, и таким образом был зафиксирован размер экономии в денежном эквиваленте. При этом, опираясь на широкий международный опыт и инженерные компетенции, Schneider Electric смог гарантировать заинтересованным сторонам уровень энергосбережения порядка 34–36%. Преимуществом энергосервисного договора для ММК стала не только гарантия достижения результата, но и возможность привлечь финансирование от «ГПБ-Энергоэффект». Благодаря этому не пришлось изымать из оборота собственные средства или брать банковские кредиты. Период окупаемости проекта составит четыре года. Когда вся сумма контракта будет выплачена, ММК сможет в полной мере ощутить экономический эффект проведенных работ. А вот результаты разносторонних технических улучшений стали очевидны уже по завершению периода тестовой эксплуатации. Они связаны с повышением надежности работы конвертеров, удобством эксплуатации и другими преимуществами работы на современном оборудовании. НОВАЯ ИНФРАСТРУКТУРА Ядром проекта стала установка преобразователей частоты Altivar 1200. Именно это оборудование позволяет экономить электроэнергию за счет регулирования работы двигателей в зависимости от фактической загрузки. В частности, комплекс управления позволяет разгрузить электродвигатели с 5600 кВт до 300 кВт в автоматическом режиме, если это необходимо для производства. Однако без модернизации системы электроснабжения конвертеров и другой инфраструктуры, а также создания системы автоматизации с необходимым и достаточным функционалом проект нельзя было бы считать успешным. Морально устаревшая и физически изношенная система электроснабжения была наиболее «узким» местом

в работе дымососного отделения. Чтобы избежать сбоев, недопустимых при работе по энергосервисному контракту, было принято решение практически полностью ее заменить. В частности, на объект были поставлены комплектные распределительные устройства PIX-17 (рис. 1) на напряжение 10 кВ с терминалами микропроцессорной защиты Sepam, а также комплект для проведения ретрофит 10 кВ, в состав которого входят силовые выключатели (такой комплект позволяет полностью заменить начинку силовой ячейки, сохранив старый корпус и тем самым сэкономив средства). Кроме того, для вторичных нужд и питания шкафов автоматизации были использованы шкафы 0,4 кВ Prisma, а для питания блоков управления — шкаф оперативного тока Gutor. Стоит подчеркнуть, что значительная часть электрораспределительного оборудования была произведена на российских заводах Schneider Electric, что позволило предложить клиенту оптимальную цену. Ключевую роль с точки зрения надежности работы оборудования сыграло внедрение системы автоматизации, построенной на программируемом логическом контроллере (ПЛК) Modicon Quantum (рис. 2). В этом ПЛК предусмотрена возможность горячего резервирования и обновления системного и прикладного программного обеспечения без остановки процесса. На объекте реализованы алгоритмы автоматического поведения АСУ при возникновении нештатных ситуаций, к примеру, при отказе каналов управления, обрыве связи с преобразователем частоты, перегреве его трансформатора или инвертора. Кроме того, в Altivar 1200 предусмотрена возможность продолжения работы при отказе части его силовых ячеек. Даже если выгорело более трех модулей, для их замены потребуется пауза не более 20 минут, что соответствует продолжительности стандартного перерыва между активными фазами газоудаления от конвертеров, а значит, ремонт не нарушит производственный процесс. Все это создает условия для непрерывной работы конвертеров 24 часа в сутки, 365 дней в году. Для удобства эксплуатации локальная система автоматизации дымососного отделения была интегрирована

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

в уже существующую в цехе систему автоматизации более высокого уровня. Благодаря новой АСУ оператор получает всю необходимую информацию и возможность управления оборудованием из одной точки (рис. 3). В частности, на пульте управления отображаются текущее состояние схемы электроснабжения 10 кВ, режимы

РИС. 1. Комплектные распределительные устройства PIX-17

РИС. 2. Шкаф автоматизации с ПЛК Modicon Quantum

98 I ПРИМЕНЕНИЯ И ПРОЕКТЫ

РИС. 3. Главный экран АРМ РИС. 4. Сборка схемы

работы оборудования (потребляемый ток, напряжение до и после преобразователя частоты и т. д.), результаты диагностики и самодиагностики

отдельных аппаратов. Система автоматизации позволяет быстро и точно собирать схему в автоматическом режиме (рис. 4), к примеру при запу-

ске двигателя после профилактических работ. Также предусмотрена возможность автоматического расчета оперативных блокировок, и есть

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

ПРИМЕНЕНИЯ И ПРОЕКТЫ I 99

функция ведения и просмотра архива событий и трендов (рис. 5), которая позволяет анализировать причины возможных сбоев. Персоналу больше не нужно вручную списывать показания с приборов и вести соответствующие журналы. Такое точное наблюдение за всеми процессами еще больше повышает их надежность. Также в рамках проекта силами привлеченного «ГПБ-Энергоэффект» подрядчика была модернизирована маслостанция, необходимая для смазки подшипников в двигателях, что повысило надежность их эксплуатации. Система управления маслостанцией также была интегрирована в созданную АСУ. Теперь давление масла автоматически меняется в зависимости от технологического режима.

ски не проникает. Кроме того, на входе системы вентиляции и на каждом преобразователе установлены защитные фильтры, которые можно заменить без останова аппаратов. В помещениях зимой и летом поддерживается комфортный для оборудования, не допускающий перегревов температурный режим, и при этом система кондиционирования не требуется. В общей сложности после завершения обследования и заключения энергосервисного контракта на реализацию проекта ушло около полутора лет. За этот период Schneider Electric выполнил весь комплекс работ — от проектирования, программирования и поставки оборудования до пусконаладочных работ и приемо-сдаточных испытаний.

ДЕТАЛИ ПРОЕКТА При реализации проекта было необходимо учесть непростые условия эксплуатации, в частности высокий уровень запыленности, характерный для любого металлургического производства. Преобразователи частоты установлены в отдельных быстровозводимых зданиях из сэндвичпанелей — это позволило решить проблему отсутствия свободных площадей. Система вентиляции обеспечивает избыточное давление в зданиях, благодаря чему пыль туда практиче-

ПЕРСПЕКТИВЫ В ОТРАСЛИ В период опытной эксплуатации было зафиксировано, что энергопотребление за рабочий цикл снизилось более чем на 35% по сравнению с периодом до модернизации. Причем достигнутый эффект обеспечивается во всем заявленном заказчиком диапазоне производительности цеха. Для российской металлургии это первый проект по повышению энергоэффективности такого содержания и масштаба, однако есть все основания полагать, что полученный опыт может

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

быть воспроизведен на ряде других предприятий отрасли. Безусловно, каждый объект уникален и требует детального обследования, однако потенциал экономии электроэнергии гарантированно будет находиться в диапазоне от 20 до 36%. Возможности внедрения преобразователей частоты давно известны, однако раньше они использовались преимущественно для регулирования асинхронных двигателей низкого напряжения. Сейчас производители готовы предложить решения и для синхронных двигателей среднего напряжения, а именно такие агрегаты как раз широко распространены на металлургических комбинатах. Оборудование Schneider Electric уже успело показать себя в самых интенсивных режимах в ККЦ ММК и может быть рекомендовано к применению на подобных объектах. При реализации проектов металлургические предприятия могут воспользоваться как собственными финансами, так и отработанной схемой сотрудничества по привлечению денежных средств через энергосервисную компанию. В любом случае, уже спустя три-пять лет реализованный проект по повышению энергоэффективности окажет выраженное влияние на экономические показатели, повышая конкурентоспособность производителя металлопроката на внутреннем и внешнем рынке.

РИС. 5. Тренды

РЕТРОСПЕКТИВА 100 I НАЗВАНИЕ РУБРИКИ

АЛЕКСАНДР ЛЯМКИН, к. т. н., доцент кафедры систем автоматического управления СПбГЭТУ «ЛЭТИ» alex-ljamkin@yandex.ru

Статья посвящена 70-летнему пути развития кафедры систем автоматического управления СПбГЭТУ «ЛЭТИ». В истории кафедры четко прослеживается несколько периодов, которые неразрывно связаны с именами ее заведующих и условно могут быть названы становлением, эволюцией, подъемом и развитием.

70 ЛЕТ КАФЕДРЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ СПБГЭТУ ЛЭТИ СТАНОВЛЕНИЕ 19471977 ГГ. В апреле 1947 г. в Ленинградском электротехническом институте (ЛЭТИ) на электроэнергетическом факультете (современный ФЭА — факультет электротехники и автоматики) была организована первая в стране кафедра синхронноследящих систем и электрификации артустановок (позже называлась кафедрой синхронно-следящих систем, а затем — систем автоматического управления) [1]. Электро-

РИС. 1. Дмитрий Васильевич Васильев

механические системы автоматического управления входили в сферу научных интересов ученых ЛЭТИ еще с 1930-х гг. Помимо кафедры автоматики и телемеханики, здесь активно работали кафедры электропривода, приборов управления стрельбой, гироскопии и др. Создание отдельной кафедры следящих систем было обусловлено бурным развитием электромеханических следящих систем обнаружения, сопровождения и наведения, которые особенно хорошо зарекомендовали себя во время войны — в артиллерийских установках, радарах и навигационных системах. Организатором работ по созданию кафедры и ее заведующим на протяжении первых тридцати лет был выпускник Ленинградского политехнического института (1930) профессор Дмитрий Васильевич Васильев (рис. 1) [2]. После окончания института он был оставлен на преподавательской работе; вместе с тем читал лекции в Военной электротехнической академии и был экспертом Комитета по изобретательству при Совете Труда и Обороны СССР по электротех-

нической секции. В 1945 г. Васильев перешел на работу в ЛЭТИ — на кафедру приборов управления стрельбой, защитил докторскую диссертацию и в 1946 г. был избран профессором кафедры промышленной электроники и деканом электроэнергетического факультета. Изначально кафедра синхронноследящих систем и электрификации артустановок размещалась в нескольких подвальных помещениях первого корпуса и только к своему десятилетию перебралась в десять комнат первого этажа второго корпуса. С момента образования и вплоть до начала 1960-х гг. в штат кафедры входили всего шесть преподавателей, читавших четыре дисциплины, которые, в свою очередь, были подкреплены тремя лабораториями. Поэтому подготовка инженеров по специальности 0544 «Синхронно-следящие системы артиллерийских установок» велась в кооперации с другими выпускающими кафедрами. В первое десятилетие существования кафедры ее научная деятельность была направлена на разработку маломощных следящих систем

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

РЕТРОСПЕКТИВА I 101

и развитие инженерных методов расчета систем синхронной связи. Однако уже к концу 1950-х гг. на кафедре на долгие годы вперед определились два других направления научных работ: 1. Обнаружение и распознавание объектов. 2. Моделирование и разработка средств исследования сложных военно-технических систем (СВТС). Началом развития первого направления стали изготовление и полигонные испытания опытного образца тепловой головки самонаведения (изделие ГЛ-1) в составе противотанковой ракеты разработки ОКБ-43 (ныне ФГУП «КБ специального машиностроения»). Испытания прошли успешно, и хотя работы по созданию этой ракеты были прекращены, на кафедре вплоть до 1990-х гг. существовало направление НИР, связанное с разработкой методов выделения сигнала на фоне помех с целью создания систем самонаведения. Началом и заметным результатом второго направления послужило создание двух аналого-цифровых моделирующих комплексов (АЦМК): шифры «Сетка» и «Диск». Для АЦМК «Сетка» на кафедре была собрана вся цифровая часть. Переданный заказчику (НИИ-14 ВМФ), он более десятка лет использовался для оценки эффективности корабельных систем радиоэлектронного противодействия. АЦМК «Диск», проектирование которого вела кафедра, а изготовление и наладку цифровой аппаратуры осуществляло СКБ при ЛЭМЗ, в начале 1970-х гг. был внедрен в эксплуатацию в НИИ-3 ВМФ, а на его базе была образована отраслевая лаборатория, долгое время проводившая исследования систем управления торпедного оружия. Шестидесятые годы — самый разгар холодной войны, и это не могло не отразиться на содержании подготовки молодых специалистов. В 1960 г. увеличился прием на одну группу по специальности 0544 и вместе с тем открылась подготовка по новой специальности 0624 — «Системы управления ракет и других летательных аппаратов» (две группы). В связи с этим кафедра была переименована в кафедру систем автоматического управле-

ния. Ее преподавательский состав п о п ол н и л с я де в я т ь ю м ол о д ы ми выпускниками аспирантуры, а общая численность преподавателей и научных сотрудников к началу 1970-х гг. увеличилась до 50 человек. ЭВОЛЮЦИЯ 19771997 ГГ. В 1977 г. в ЛЭТИ прекратился прием на специальность 0544, кафедру перенесли в новые, более просторные помещения, и в этом же году в связи с возрастным ограничением вместо Васильева по предложению ректората новым заведующим кафедрой был избран профессор Юрий Анатольевич Борцов (рис. 2) [2] — участник ВОВ, выпускник МЭИ (1953), преподаватель кафедры электропривода и автоматизации производства ЛЭТИ (1966–1977), д. т. н. (1974) и декан ФЭА (1975–1981). Закономерно, что с приходом профессора Борцова на кафедре возникла новая научная группа — по адаптивному управлению электромеханическими системами. Кафедра стала все большее внимание уделять гражданской тематике при постепенном уменьшении численности и объемов финансирования групп, занимающихся оборонной тематикой. Завоеванный кафедрой авторитет способствовал тому, что именно ей в 1981 г. было поручено Минвузом СССР составить паспорт специалиста по специальности 0624. Он был согласован со всеми восемью вузами, ведущими подготовку по этой специальности, и четырьмя общесоюзными министерствами, что способствовало координации планов подготовки специалистов и издания учебной литературы. К концу 1980-х гг. почти треть преподавателей кафедры сменилась выпускниками аспирантуры. После упразднения нескольких курсов б ы л и в в е де н ы н о в ы е у ч е б н ы е планы, в соответствии с которыми были модернизированы существовавшие лаборатории, а также созданы две новые на основе ЭВМ ДВК-2 и СМ-4 — тем самым количество лабораторий увеличилось до пяти. В это же время были проведены большие работы по оптимизации динамики электроприводов

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

непрерывных линий высокопроизводительных прокатных станов, бумагоделательных машин и испытательных комплексов механических трансмиссий вертолетов завода им. Климова. Кафедра также организовала серийное производство тиристорных электроприводов с адаптивными регуляторами на заводе «Электроавтоматика» (г. Ставрополь) и внедрила свои разработки в управление поворотными соплами истребителей нового поколения, создаваемых в ГУП «КБ им. Сухого». Продолжился ранее взятый курс на создание отраслевых лабораторий, и в 1980 г. одна из них была открыта в НПО «Ленинец», руководителем которой был назначен научный сотрудник кафедры к. т. н. В. В. Путов. К концу 1990-х гг. профессор Борцов и его ученики, Н. Д. Поляхов и В. В. Путов, создали научнопедагогическую школу (НПШ) интеллектуальных и адаптивных систем управления. Преподаватели стали читать лекции и выступать с докладами в странах ближнего и дальнего зарубежья. О д н а ко и з в е с т н ы е с о б ы т и я начала 1990-х гг. привели к сокращению хоздоговорной тематики в научных исследованиях и значительному уменьшению числа научных сотрудников (до пяти ч е л о в е к ) . П р о де л а в б ол ь ш у ю работу по исследованию торпедного оружия и самолетных систем управления, в начале 1990-х гг. прекратили свое существование обе

РИС. 2. Юрий Анатольевич Борцов

102 I РЕТРОСПЕКТИВА

РИС. 3. Виктор Владимирович Путов

отраслевые лаборатории. Долгое невнимание к учебному процессу привело к тому, что перестали обновляться учебные планы и программы дисциплин, а лабораторная база не только устарела, перестав удовлетворять современным требованиям, но и практически пришла в негодность. ПОДЪЕМ 19972013 ГГ. Этот этап развития кафедры неразрывно связан с именем д. т. н. (1994), профессора Виктора Владимировича Путова (рис. 3), выпускника Ивановского энергетического института (1968) и сотрудника ЛЭТИ с 1978 г. [2]. Приняв кафедру в полуразрушенном состоянии (в прямом и переносном смыслах), профессор Путов приложил к ее воссозданию немало сил и сумел поставить дело так, что уже через каких-то десять лет кафе-

РИС. 4. Виктор Николаевич Шелудько

дра по внешнему виду, оснащению техникой, составу преподавательских кадров и другим показателям заняла лидирующее положение в ЛЭТИ. Сокращение объема хоздоговорных НИР кафедра частично компенсировала на рубеже веков за счет участия в госбюджетных НИР (целевых программах и различных грантах) и благодаря преподавателям, совмещавшим свою деятельность с работой в научно-производственных фирмах. Какое-то время все ранее существовавшие научные группы продолжали свою работу. Однако уже к 2013 г. финансирование и численность двух групп, занимавшихся распознаванием объектов и моделированием СВТС, значительно уменьшились и они прекратили свое существование. Под руководством Путова возникла новая научная группа, занявшаяся разработкой технологии контроля фрикционных свойств аэродромных и автодорожных покрытий, которая была реализована в виде автоматизированных электромеханических комплексов (АЭМК) оперативного контроля взлетно-посадочных полос. По результатам сертификационных испытаний созданные кафедрой АЭМК были включены в «Перечень специальных средств измерений гражданской авиации РФ» и теперь эксплуатируются на аэродромах ряда городов России. К середине 2000-х гг. профессором Путовым, по сути, заново была создана НПШ «Разработка теоретических основ синтеза адаптивных аналитических и интеллектуальных систем управления динамическими объектами». В ее работе приняли участие почти 20 человек, среди них преподаватели, аспиранты и студенты. В этот период, как никогда ранее, наибольшее внимание стало уделяться учебному процессу. Ряды преподавателей пополнились двумя профессорами (А. Г. Микеровым и Л. Д. Кизимом), несколькими молодыми учеными и аспирантами. А. Г. Микеров много сделал для популяризации и привлечения студентов и сотрудников ЛЭТИ к участию в работе IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Летчик-космонавт СССР, дважды Герой Советского Союза Л. Д. Кизим после выхода в отставку проработал

на кафедре пять лет. Его участие в жизни ЛЭТИ вызывало всеобщий интерес и желание прикоснуться к легенде космоса. Впервые стало практиковаться участие аспирантов и работников промышленности в преподавательской деятельности. Аспирант-преподаватель — это явление, позволившее привлечь и закрепить на кафедре молодых людей, в которых остро нуждалась высшая школа. Осенью 2008 г. Совет университета одобрил инициативу слияния кафедр САУ и ЭАС (электрификации и автоматизации судов). У объединенной кафедры осталось прежнее название — «Системы автоматического управления». К этому времени удалось укрепить связи с рядом ведущих научно-производственных фирм и при их поддержке полностью обновить лабораторную базу, открыв пять новых учебно-научных лабораторий (УНЛ) и ресурсный центр, включающий еще три лаборатории [3]. В с в я з и с п е р е х о до м Л Э Т И на двухступенчатую систему подготовки кадров на кафедре прекратилась подготовка инженеров (последний выпуск состоялся в 2010 г.). Для обучения будущих бакалавров и магистров было выбрано направление «Автоматизация и управление» (позже — «Управление в технических системах»). Кафедра стала активно сотрудничать с иностранными вузами, участвуя в совместных образовательных программах подготовки магистров с Лаппеенрантским техническим университетом (Финляндия) и бакалавров — с Технологическим институтом г. Сюйчжоу (Китай). РАЗВИТИЕ С 2014 Г. В феврале 2014 г. в связи с ограничением по возрасту вместо Путова новым заведующим кафедрой САУ был избран ее выпускник (1987), работающий на кафедре с 2005 г., д. т. н. (2013), первый проректор СПбГЭТУ «ЛЭТИ», профессор Шелудько Виктор Николаевич (рис. 4) [2]. С его приходом на кафедру продолжились ранее начатые преобразования: изменился внешний облик кафедры, практически все сотрудники стали принимать участие в научных исследованиях, при этом исчезло деление работ и сотрудни-

#4 (70), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

РЕТРОСПЕКТИВА I 103

ков по научным группам (специалисты для решения задачи стали подбираться вне зависимости от их участия в другой научной работе). Основными направлениями исследований стали: • управление движением (неустойчивых динамических объектов, беспилотников, наземных роботов, морских судов); • диагностика (взлетно-посадочных полос, технических систем); • прогнозирование (энергопотребления, остаточных ресурсов, аварийных состояний техники). Объем финансирования научных работ кафедры ежегодно составляет 17–18 млн руб. Наряду с подготовкой бакалавров и магистров по направлению «Управление в технических системах» на кафедре стали обучать бакалавров по направлению «Электроэнергетика и электротехника (профиль «Электрооборудование и автоматика судов»), и в дополнение к восьми существовавшим УНЛ были открыты две новые лаборатории: «Судовые электроэнергетические системы» и «Удаленный доступ к образователь-

ным ресурсам». В общей сложности в лабораториях кафедры имеется более 100 компьютеризированных и почти 30 специальных рабочих мест, оснащенных как промышленным, так и уникальным исследовательским оборудованием. Преподают на кафедре 36 человек. Среди них 4 профессора (д. т. н.), 23 доцента (к. т. н.), 2 ассистента (к. т. н.) и 7 ассистентов (без степени). Девять преподавателей являются представителями научнопроизводственных организаций. Средний возраст преподавателей составляет около 48 лет, при этом доля преподавателей моложе 40 лет составляет почти 40%. За время существования кафедра подготовила 7 докторов наук, более 160 кандидатов наук, более 2700 инженеров, 460 бакалавров и около 250 магистров. Многие из ее выпускников добились выдающихся результатов. Так, только среди выпускников-инженеров [3] 10 докторов наук, более 150 кандидатов наук, 2 лауреата Ленинской премии, 8 лауреатов Государственных премий, 1 член-корреспондент РАМН

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #4 (70), 2017

и более 20 руководителей крупных научных и производственных предприятий. ЗАКЛЮЧЕНИЕ На протяжении всей истории своего существования кафедра САУ занимала лидирующее положение в вузе, внесла заметный вклад в развитие науки и техники в области систем управления и подготовила множество высококвалифицированных специалистов. Каждый из ее заведующих привнес в работу кафедры новое научное направление и способствовал ее успешному развитию. ЛИТЕРАТУРА 1. Лямкин А. А. Период становления кафедры САУ // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2016. №4. 2. Выдающиеся выпускники и деятели СанктПетербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» имени В. И. Ульянова (Ленина). 1886–2006: биографический справочник / Под ред. Д. В. Пузанкова. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина), 2006. 3. Кафедра систем автоматического управления. www. eltech.ru/ru/fakultety/fakultet-elektrotehniki-i-avtomatiki/ sostav-fakulteta/kafedra-sistem-avtomaticheskogoupravleniya.